專利名稱：高頻發(fā)射機(jī)中的功率調(diào)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于調(diào)節(jié)發(fā)射機(jī)的輸出功率的設(shè)備和方法，尤其是用于調(diào)節(jié)射頻發(fā)射機(jī)的輸出功率的設(shè)備和方法。
在采用CMOS工藝生產(chǎn)半導(dǎo)體元件的過程期間，過程參數(shù)會有相對大的波動。這導(dǎo)致CMOS半導(dǎo)體元件的部件特性有劇烈波動。在使用CMOS工藝生產(chǎn)的功率放大器的情況下，這導(dǎo)致輸出功率相當(dāng)大的變化。在這種情況下，尤其是在射頻發(fā)射機(jī)中，通常出現(xiàn)幾個dB的功率差，在射頻發(fā)射機(jī)中，根據(jù)調(diào)制信號產(chǎn)生經(jīng)過調(diào)制的并且被放大的射頻傳輸信號。
另外，如果發(fā)生溫度波動，則半導(dǎo)體元件的特性也發(fā)生變化，并且在放大器的情況下，這導(dǎo)致另外的輸出功率的波動。
眾所周知，模擬控制器可被使用，所述模擬控制器補償部件特性的取決于溫度的波動。然而，COMS半導(dǎo)體元件具有高度復(fù)雜的溫度響應(yīng)，該溫度響應(yīng)需要高度復(fù)雜性來達(dá)到令人滿意的結(jié)果。此外，這樣的控制器并不允許補償由生產(chǎn)過程引起的部件特性的波動。
另外，眾所周知設(shè)置控制回路，其中放大器的輸出功率被測量，并且該放大器的輸入信號被調(diào)節(jié)。如果放大器輸出處的負(fù)載由沒有更詳細(xì)地說明的負(fù)載形成，諸如是不匹配的天線，則要求有特殊的預(yù)防措施，以便降低對功率測量的反應(yīng)效應(yīng)，并且這些反應(yīng)效應(yīng)能導(dǎo)致被破壞的測量結(jié)果。例如，為此目的需要定向耦合器，該定向耦合器必須被布置在外部，也就是說，該定向耦合器不在集成電路之內(nèi)。因此，這種類型的功率測量增加了部件的數(shù)量，這導(dǎo)致了增加的空間要求、增加的整個設(shè)備所汲取的電流、以及增加的生產(chǎn)成本。
補償由生產(chǎn)過程引起的部件特性的波動的又一選擇方案是在生產(chǎn)之后單獨測量每個發(fā)射電路并根據(jù)測量結(jié)果校準(zhǔn)該發(fā)射電路。因為過高的成本，所以這種選擇方案是不可實行的。
本發(fā)明的目的是說明一種用于調(diào)節(jié)發(fā)射機(jī)(尤其是射頻發(fā)射機(jī))的信號功率的節(jié)省成本的設(shè)備和涉及較少工作的方法，該設(shè)備和方法能補償由部件特性的波動引起的信號功率波動。
這個目的通過獨立權(quán)利要求的特征來實現(xiàn)。本發(fā)明的有利的擴(kuò)展方案和改進(jìn)方案在從屬權(quán)利要求中被說明。
本發(fā)明利用了以下事實，即如果與負(fù)載去耦合地測量電壓，則信號功率能借助電壓測量間接地被確定。
為此目的，本發(fā)明設(shè)置具有受控系統(tǒng)、電壓檢測器、評估電路以及輸入放大元件的控制回路，該受控系統(tǒng)產(chǎn)生模擬輸出信號，該電壓檢測器基于該模擬輸出信號產(chǎn)生檢測器信號，該評估電路接收該檢測器信號并產(chǎn)生評估信號，該輸入放大元件用于根據(jù)該評估信號來放大受控系統(tǒng)的輸入信號。本發(fā)明還設(shè)置去耦元件，該去耦元件被連接在控制回路下游并將控制回路的輸出與下游的電氣負(fù)載去耦合。
其輸出功率由其輸入電壓控制的去耦元件將控制回路的輸出與負(fù)載去耦，該負(fù)載被連接在去耦元件的下游，并且該負(fù)載的輸入阻抗通常是未知的。因此，去耦元件的輸出功率能以一種簡單的方式通過在其輸入處的電壓測量被確定。因此，控制回路能基于去耦元件輸入處的單個電壓測量來調(diào)節(jié)去耦元件輸出處的信號功率。為此目的，不需要復(fù)雜的信號功率測量。
本發(fā)明使得無需任何反應(yīng)而重新調(diào)整信號功率的波動成為可能。特別地，尤其是對于受控系統(tǒng)中的部件而言，由生產(chǎn)過程和由溫度引起的部件特性的波動和耗散被重新調(diào)整。這使得有效地和簡單地抵消部件特性中的甚至大的波動成為可能，諸如抵消那些例如在CMOS半導(dǎo)體元件中出現(xiàn)的波動。本發(fā)明降低了過程波動對輸出功率的影響，而對所汲取的整個電流沒有任何負(fù)面影響。
根據(jù)本發(fā)明的一個特別有利的改進(jìn)方案，去耦元件是放大元件，例如是多級放大器的最后一級，該多級放大器的第一級是受控系統(tǒng)的部分。這種情況下的電壓檢測器在放大元件的驅(qū)動中分接電壓，也就是說，在多級放大器的最后一級的驅(qū)動中分接電壓。
根據(jù)本發(fā)明的另一有利的改進(jìn)方案，放大元件具有共射-共基放大器，這導(dǎo)致輸入電壓與輸出功率之間的基本上是線性的關(guān)系。這個線性意味著，評估電路可被設(shè)計成特別簡單的電路。
根據(jù)本發(fā)明的一個有利的改進(jìn)方案，來自受控系統(tǒng)的輸出信號由交流電壓信號形成，特別是由如例如適于傳輸無線電信號的射頻信號形成。這允許電壓檢測器以特別簡單的形式被設(shè)計為電壓峰值檢測器。這種情況下的電壓峰值的大小提供去耦元件的輸入電壓的量度，并且因此也提供去耦元件的輸出功率的量度。例如，電壓峰值檢測器可由交叉耦合的CMOS晶體管形成，這意味著電壓測量只需要兩個有源部件。這最小化獲得電壓或功率測量結(jié)果的復(fù)雜度，以及最小化測量所必需的部件所汲取的電流。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的改進(jìn)方案，控制回路和去耦元件被布置在一個集成電路內(nèi)，并且特別是利用相同的半導(dǎo)體工藝(例如CMOS工藝)來設(shè)計。這一方面導(dǎo)致所使用的部件數(shù)量被最小化，并且因此導(dǎo)致所需空間被最小化，而且特別是導(dǎo)致根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的功率消耗被最小化。在另一方面，這允許控制回路也補償去耦元件的部件特性的波動。作為將去耦元件和控制回路一起布置在相同的集成電路內(nèi)的結(jié)果，去耦元件具有部件特性波動，該部件特性波動對應(yīng)于受控系統(tǒng)中的部件的部件特性波動。這不僅用于由生產(chǎn)過程引起的部件特性波動，而且也用于那些取決于溫度的部件特性波動。因此，能使用受控系統(tǒng)中的部件的部件特性的波動來推斷去耦元件的部件特性的波動。控制回路內(nèi)的去耦元件的部件特性的波動和耗散能以簡單的方式通過在由評估電路確定評估信號時進(jìn)行適當(dāng)加權(quán)來補償。有效監(jiān)控去耦元件輸出處的信號功率因此是可能的。
本發(fā)明使得在一個集成電路內(nèi)實現(xiàn)功率測量是可能的。對于復(fù)雜的功率測量不需要借助功率檢測器，該功率檢測器形成在集成電路的外部的專用部件。這避免了諸如在集成電路外部的部件的復(fù)雜線路。
此外，可行的是包括被連接到去耦元件的其它部件的部件特性以及在確定評估信號時的經(jīng)驗值，這些部件諸如下游的放大器，例如通常是外部的放大器。另外，其它變量(諸如溫度)可被用于確定評估信號。
根據(jù)本發(fā)明的一個進(jìn)一步優(yōu)選的改進(jìn)方案，評估電路發(fā)出數(shù)字評估信號，該數(shù)字評估信號可被用來以所定義的步長改變信號功率。
有利地，受控系統(tǒng)的至少一個輸入信號同樣是數(shù)字的，并且輸入放大元件包括乘法單元，該乘法單元將該數(shù)字評估信號與該至少一個數(shù)字輸入信號邏輯鏈接。這允許受控系統(tǒng)的輸入信號以簡單的方式被放大，并且受控系統(tǒng)的輸出功率和去耦元件的輸出功率被調(diào)節(jié)。
將在下文參考一個示例性實施例并結(jié)合附圖更詳細(xì)地解釋本發(fā)明，其中

圖1示出射頻發(fā)射機(jī)內(nèi)的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的一個示例性實施例；以及圖2示出電壓峰值檢測器的一個示例性實施例。
圖1示出了射頻發(fā)射機(jī)，該射頻發(fā)射機(jī)將調(diào)制信號的I和Q值變換成經(jīng)過I調(diào)制的和經(jīng)過Q調(diào)制的傳輸信號，將該信號放大，以及將該信號發(fā)射給天線4。射頻發(fā)射機(jī)包括數(shù)字矢量調(diào)制器1、控制回路2和去耦元件3，該去耦元件3具有已知的并且基本上為常數(shù)的輸入阻抗?？刂苹芈?和去耦元件3位于一個集成電路內(nèi)，并且使用相同的半導(dǎo)體工藝(例如CMOS工藝)來制造。其它放大元件(未示出)可被連接到去耦元件3，并且同樣位于該集成電路上或者被布置在該集成電路的外部。
數(shù)字矢量調(diào)制器1將數(shù)字I和Q值傳到控制回路，這些數(shù)字I和Q值通過受控系統(tǒng)21內(nèi)的兩個數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器22、22′被轉(zhuǎn)換為兩個模擬信號。這兩個模擬信號被傳到模擬矢量調(diào)制器23。本地振蕩器產(chǎn)生射頻載波信號以及移相90°的載波信號的版本。在模擬矢量調(diào)制器23中，這兩個射頻信號與來自數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器22、22′的兩個模擬信號相乘，并被混合以形成經(jīng)過I/Q調(diào)制的傳輸信號。該傳輸信號在前置放大器24中被放大，并被傳到去耦元件3。去耦元件3包括放大元件。特別地，該前置放大器24與去耦元件3一起形成多級放大器，該多級放大器的最后一級代表去耦元件3。
該調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括電壓峰值檢測器31、評估電路32以及輸入放大元件33。電壓峰值檢測器31在去耦元件3的輸入處和/或在多級放大器24、3的最后一級的驅(qū)動中確定射頻傳輸信號中的電壓峰值的大小，并且將測量結(jié)果或檢測器信號傳到評估電路32。評估電路32以輸出值44的形式產(chǎn)生數(shù)字評估信號，該輸出值44被傳到輸入放大元件33。在輸入放大元件33中，控制回路的數(shù)字輸入信號、調(diào)制信號的I和Q值在乘法單元34、34′中與數(shù)字評估信號(也就是說輸出值44)相乘。因此，來自兩個數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器22、22′的輸出信號一致地被放大，結(jié)果，模擬矢量調(diào)制器23將相應(yīng)被放大的傳輸信號發(fā)射給前置放大器24，并且射頻發(fā)射機(jī)將相應(yīng)被放大的輸出信號發(fā)射給發(fā)射天線4。
電壓峰值檢測器31將測量信號發(fā)射給評估電路32的頻率是可變的。電壓峰值檢測器31有利地給每個所發(fā)射的數(shù)據(jù)單元僅發(fā)射一個測量信號，尤其是給每個所發(fā)射的數(shù)據(jù)突發(fā)僅發(fā)射一個測量信號。測量信號因此是整個數(shù)據(jù)突發(fā)的發(fā)射功率的量度。由于每個所發(fā)射的數(shù)據(jù)突發(fā)只有一個功率匹配過程發(fā)生，并且電壓峰值檢測器31的積分時間因此比由調(diào)幅產(chǎn)生的功率波動的持續(xù)時間長很多，所以本發(fā)明還可被用于調(diào)幅信號的功率調(diào)節(jié)。評估電路32包括窗口比較器41，該窗口比較器41從電壓峰值檢測器31接收測量信號。窗口比較器41檢查檢測器信號是否在規(guī)定窗口內(nèi)，該規(guī)定窗口通過上面的和下面的比較電壓來限定。如果檢測器信號超過或低于該規(guī)定窗口，則窗口比較器41將減少的或增加的信號42分別發(fā)送給計數(shù)器43，該計數(shù)器43的計數(shù)因此分別被減少或被增加。
數(shù)字評估信號或輸出值44是基于計數(shù)器43的計數(shù)來確定的。新的輸出值44被確定，以致信號功率以所定義的步長(例如以1.5到2dB為步長)變化。新的輸出值44的確定可以包括一權(quán)重，該權(quán)重考慮到多級放大器24、3的最后一級3(該級被定位在受控系統(tǒng)的外部)以及去耦元件3。此外，當(dāng)在去耦元件3的下游設(shè)置外部放大器時，自平衡過程能被實現(xiàn)。
輸出值44能基于軟件或硬件由過程控制器(未示出)來確定。為此目的，在最簡單的情況下，計數(shù)被加到初始輸出值，并且總數(shù)本身或由總數(shù)(例如以適當(dāng)加權(quán)的形式)所計算的值作為輸出值44被發(fā)射。初始輸出值有利地被存儲在非易失性存儲部件中，以便即使在開始時也能提供輸出值44的良好的估計。在最簡單的情況下，開始的計數(shù)為零。還提供其它確定輸出值的算法。例如，輸出值能基于該計數(shù)與預(yù)定加權(quán)因子相乘來確定。
在一個優(yōu)選的實施例中，可能的輸出值44被存儲在非易失性存儲部件(未示出)中，例如被存儲在ROM表中。所存儲的輸出值44已經(jīng)相對于去耦元件3以及可能其它的放大元件被加權(quán)和/或與它們匹配，該去耦元件3位于受控系統(tǒng)之外，該其它放大元件被連接在去耦元件3的下游。計數(shù)器43的當(dāng)前計數(shù)確定哪個入口從ROM表中被選擇。當(dāng)計數(shù)被減少或被增加時，下一個較低或下一個較高的輸出值44從非易失性存儲部件(ROM表)中被選擇，并被發(fā)射到輸入放大元件33?；赗OM表確定輸出值44也能與基于軟件的控制組合。
在進(jìn)一步優(yōu)選的實施例中，輸出值44和/或關(guān)于哪個輸出值44最近被使用以及哪個輸出值應(yīng)當(dāng)在開始被使用的信息被存儲在非易失性存儲部件中，以便為重新開始提供輸出功率的良好的估計。
圖2示出了具有交叉耦合的CMOS晶體管T1、T2的電壓峰值檢測器31的一個示例性實施例。來自受控系統(tǒng)的微分的、模擬輸出信號經(jīng)由接線RFIN、RFINX被注入到電壓峰值檢測器31中。在射頻信號的相應(yīng)的正和負(fù)半周期期間，通過兩個晶體管T1、T2的漏源路徑交替接通，結(jié)果，電容器C1被充電，并且峰值電壓U峰值也被分接。此外，在微分射頻信號的情況下，需要普通模式的信號Urms用于進(jìn)行電壓測量。這借助于低通濾波器R1或R2和C2來完成。電壓峰值檢測器31在這種情況下發(fā)射到評估電路32的測量結(jié)果或檢測器信號包括兩個測量值U峰值和Urms。
權(quán)利要求
1.一種用于調(diào)節(jié)發(fā)射機(jī)的信號功率的設(shè)備，該設(shè)備具有控制回路(2)，該控制回路(2)包括—受控系統(tǒng)(21)，該受控系統(tǒng)(21)產(chǎn)生模擬輸出信號，—電壓檢測器(11)，該電壓檢測器(11)基于該模擬輸出信號確定檢測器信號；—評估電路(32)，該評估電路(32)接收該檢測器信號并產(chǎn)生評估信號，以及—輸入放大元件(33)，該輸入放大元件(33)用于根據(jù)該評估信號放大受控系統(tǒng)(21)的輸入信號，并且該設(shè)備具有去耦元件(3)，該去耦元件(3)將該控制回路(2)的輸出與下游的電氣負(fù)載(4)去耦合。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述去耦元件(3)包含放大元件。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述放大元件(3)的輸出處的信號功率基本上線性地取決于所述放大元件(3)的輸入處的電壓。
4.如上述權(quán)利要求之一所述的設(shè)備，其特征在于，來自所述受控系統(tǒng)(21)的輸出信號是交流電壓信號、尤其是射頻信號。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述電壓檢測器(31)包括電壓峰值檢測器。
6.如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，所述電壓峰值檢測器(31)具有跨接CMOS晶體管。
7.如一個或多個上述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述整個設(shè)備被布置在一個集成電路內(nèi)。
8.如一個或多個上述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述評估電路(32)發(fā)射數(shù)字評估信號(44)。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，—所述受控系統(tǒng)(21)的輸入信號是數(shù)字輸入信號，以及—所述輸入放大元件(33)包括乘法單元(34，34′)，該乘法單元(34，34′)將所述數(shù)字評估信號(44)與所述至少一個數(shù)字輸入信號邏輯鏈接。
10.如一個或多個上述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述評估電路(32)具有窗口比較器(41)，該窗口比較器(41)接收所述檢測器信號。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，所述評估電路(32)具有計數(shù)器(43)，當(dāng)所述檢測器信號超出或低于規(guī)定窗口時，所述窗口比較器(41)將減少信號或增加信號(42)發(fā)射到該計數(shù)器(43)，從而分別減少或者增加該計數(shù)器(43)的計數(shù)。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，所述評估電路(32)具有非易失性存儲元件，在該非易失性存儲元件中存儲初始輸出值(44)，并且所述數(shù)字評估信號的輸出值(44)的確定包括將所述計數(shù)器(43)的計數(shù)增加到該初始輸出值(44)。
13.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，所述評估電路(32)具有非易失性存儲部件、尤其是具有ROM表，其中存儲所述數(shù)字評估信號的可能的輸出值，并且其中基于所述計數(shù)選擇一個輸出值(44)。
14.如一個或多個上述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述受控系統(tǒng)(21)具有數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器(22，22′)，該數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器(22，22′)將所述受控系統(tǒng)(21)的數(shù)字輸入信號轉(zhuǎn)換為模擬信號。
15.如一個或多個上述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述受控系統(tǒng)(21)包括模擬矢量調(diào)制器(23)，尤其是包括使用CMOS工藝制造的矢量調(diào)制器。
16.如權(quán)利要求14和15所述的設(shè)備，其特征在于，所述數(shù)字輸入信號包括調(diào)制信號的I和Q值，并且所述模擬輸出信號表示經(jīng)過I/Q調(diào)制的傳輸信號。
17.如一個或多個上述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述受控系統(tǒng)(21)包括前置放大元件(24)，尤其是包括使用CMOS工藝制造的前置放大元件。
18.如上述權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于，多級放大器的放大級延續(xù)所述前置放大元件(24)和所述去耦元件(3)。
19.一種射頻發(fā)射機(jī)，其包括如權(quán)利要求1至18中的一個或多個所述的設(shè)備，該設(shè)備的輸出被連接到發(fā)射天線(4)。
20.一種用于調(diào)節(jié)發(fā)射機(jī)的信號功率的方法，其中，在控制回路(2)中，—受控系統(tǒng)(21)產(chǎn)生模擬輸出信號，—電壓檢測器(31)基于該模擬輸出信號確定檢測器信號，—評估電路(32)接收該檢測器信號和產(chǎn)生評估信號(44)，以及—輸入放大元件(33)根據(jù)該評估信號(44)放大受控系統(tǒng)的輸入信號，以及其中，去耦元件(3)將來自受控系統(tǒng)的模擬輸出信號與下游的電氣負(fù)載(4)去耦合。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述去耦元件(3)包括放大元件，該放大元件發(fā)射信號功率，該信號功率基本上線性地取決于其輸入處的電壓。
22.如權(quán)利要求20或21之一所述的方法，其特征在于，所述整個調(diào)節(jié)過程在一個集成電路內(nèi)實現(xiàn)。
23.如權(quán)利要求20至22之一所述的方法，其特征在于，所述評估電路(32)發(fā)射數(shù)字評估信號(44)。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，—所述受控系統(tǒng)(21)的輸入信號是數(shù)字輸入信號，以及—所述輸入放大元件(33)包括乘法單元(34，34′)，該乘法單元(34，34′)將所述數(shù)字評估信號(44)與所述至少一個數(shù)字輸入信號邏輯鏈接。25.如權(quán)利要求20至24之一所述的方法，其特征在于，窗口比較器(41)接收所述檢測器信號。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述檢測器信號超出或低于規(guī)定窗口時，所述窗口比較器(41)將減少信號或增加信號(42)發(fā)射給計數(shù)器(43)，從而分別減少或者增加該計數(shù)器(43)的計數(shù)。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，來自所述評估電路的數(shù)字評估信號的輸出值(44)基于所述計數(shù)來確定。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，初始輸出值(44)被存儲在非易失性存儲部件中，并且所述輸出值(44)的確定包括將所述計數(shù)器(43)的計數(shù)增加到所述初始輸出值(44)。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述數(shù)字評估信號的可能的輸出值(44)被存儲在非易失性存儲元件中，尤其是被存儲在ROM表中，并且一個輸出值(44)基于所述計數(shù)被選擇。
30.如權(quán)利要求20至29中的一個或多個所述的方法，其特征在于，所述數(shù)字輸入信號包括調(diào)制信號的I和Q值，并且所述模擬輸出信號代表經(jīng)過I/Q調(diào)制的傳輸信號。
31.一種用于如權(quán)利要求19所述的射頻發(fā)射機(jī)的操作方法，該操作方法包括如權(quán)利要求20至30中的一個或多個所述的方法。
全文摘要
一種用于調(diào)節(jié)發(fā)射機(jī)的信號功率的設(shè)備包括控制回路(2)，該控制回路(2)包括受控系統(tǒng)(21)、電壓檢測器(31)、評估電路(32)和輸入放大元件(33)。去耦元件(3)將控制回路(2)的輸出與下游的電氣負(fù)載(4)去耦合。
文檔編號H03G3/30GK1998157SQ200580014860
公開日2007年7月11日 申請日期2005年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月12日
發(fā)明者A·漢克 申請人:英飛凌科技股份公司