專利名稱：具有非對稱半導(dǎo)體的增強(qiáng)型Doherty放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及信號放大，更具體來說，本發(fā)明涉及一種用于提 高放大設(shè)備的效率的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
無線設(shè)備使用射頻(RF)來發(fā)送信息。舉例來說，蜂窩電話使用經(jīng) 過放大的RF向基站發(fā)送語音數(shù)據(jù)，所述基站允許把信號中繼到通信網(wǎng) 絡(luò)。其他現(xiàn)有的無線通信設(shè)備包括藍(lán)牙、HomeRF(家庭射頻)和WLAN。 在常規(guī)的無線設(shè)備中，功率放大器消耗整個無線系統(tǒng)的大部分功率。對 于依靠電池運(yùn)行的系統(tǒng)來說，具有低效率的功率放大器導(dǎo)致對應(yīng)于給定 電池使用壽命的通信時間縮短。對于連續(xù)功率系統(tǒng)來說，效率的降低導(dǎo) 致更高的功率使用和散熱要求，這會提高整個系統(tǒng)的設(shè)備和運(yùn)行成本。
為此，在提高RF功率放大器的效率方面已經(jīng)做出了許多努力?？?以提高功率放大器效率的一種類型的放大器是Doherty型功率放大器。 常見的Doherty型功率放大器設(shè)計包括主放大器和輔助放大器。所述主 放大器被操作以保持最優(yōu)效率直到特定功率電平，并且允許所述輔助放 大器在該電平以上操作。當(dāng)在高輸出功率電平下操作所述功率放大器 時，主放大器將被嚴(yán)重壓縮，從而非線性被引入到經(jīng)過放大的信號中。 在常見的Doherty型放大器中，所述主放大器和輔助放大器由具有相同 的功率放大額定值的相同類型的放大器構(gòu)成。這些Doherty型放大器在 全功率回退6dB處產(chǎn)生效率峰值，其在理論上的量值將等于所述系統(tǒng)的 最大效率。然而，新的放大器體系結(jié)構(gòu)和設(shè)備技術(shù)允許這樣的設(shè)計，即 其中可以在所述傳統(tǒng)的6dB點(diǎn)附近移動所述回退的效率峰值的位置，并 且其中量值超出最大壓縮系統(tǒng)效率。由于無線技術(shù)的重要性以及廣泛使 用，期望具有一種能夠在寬的功率放大水平范圍內(nèi)提高效率的Doherty 型設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本公開內(nèi)容設(shè)想了一種放大單元，其包括并聯(lián)的第一放大器和第二
5放大器，其中所述第一放大器和第二放大器包括具有不同放大器設(shè)計的 半導(dǎo)體器件。所述放大單元還具有連接到所述第一放大器和笫二放大器 的信號輸入線以及連接到所述第一放大器和第二放大器的信號輸出線。
本公開內(nèi)容還設(shè)想了一種基站，其包括信號控制器、發(fā)射機(jī)和接收 機(jī)、天線以及放大單元。所述放大單元還包括并聯(lián)的第一放大器和第二 放大器，其中所述第一放大器和第二放大器包括具有不同放大器設(shè)計的 半導(dǎo)體器件。所述放大單元還包括連接到所述第一放大器和笫二放大器 的信號輸入線以及連接到所述第一放大器和第二放大器的信號輸出線。
公開了一種用于放大輸入信號的方法，其包括把所述輸入信號分 成第一部分和第二部分；利用第一放大器放大所述第一部分并且利用第 二放大器放大所述第二部分；以及重新集成經(jīng)過放大的第一部分和經(jīng)過 放大的第二部分。在所公開的方法中，所述第一放大器和第二放大器包 括具有不同放大器設(shè)計的半導(dǎo)體器件。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在結(jié)合附圖閱讀了下面對本發(fā)明的特定 實施例的描述之后，本發(fā)明的其他方面和特征將變得顯而易見。


圖1是增強(qiáng)型放大單元的方框圖。
圖2是增強(qiáng)型放大單元的一個實施例的展開方框圖。
圖3是增強(qiáng)型放大單元效率曲線的圖形表示。
圖4是用于為增強(qiáng)型放大單元選擇半導(dǎo)體器件的方法的流程圖。
圖5是幾條效率曲線的圖形表示。
圖6是具有輸出信號反饋和預(yù)失真線性化器的增強(qiáng)型放大單元的一 個替換實施例的方框圖。
圖7是具有主路徑、輔助路徑和輸出信號反饋以及預(yù)失真線性化器 的增強(qiáng)型放大單元的 一 個替換實施例的方框圖。
圖8是具有輸出信號反饋以及帶有主路徑和輔助路徑信號整形的預(yù) 失真線性化器的增強(qiáng)型放大單元的 一 個替換實施例的方框圖。
圖9是具有主路徑、輔助路徑和輸出信號反饋以及帶有主路徑和輔 助路徑信號整形的預(yù)失真線性化器的增強(qiáng)型放大單元的一個替換實施 例的方框圖。
圖IOA是輸入信號的圖形表示。圖IOB是經(jīng)過預(yù)整形的輸入信號的主部分的圖形表示。
圖10C是經(jīng)過預(yù)整形的輸入信號的輔助部分的圖形表示。
圖11是具有主路徑和輔助路徑預(yù)失真和信號整形以及輸出信號反
饋的增強(qiáng)型放大單元的 一 個替換實施例的方框圖。
圖12是具有主路徑和輔助路徑預(yù)失真和信號整形以及主路徑、輔
助路徑和輸出信號反饋的增強(qiáng)型放大單元的一個替換實施例的方框圖。 圖13是具有主路徑和輔助路徑預(yù)失真、信號整形和上變頻以及主
路徑、輔助路徑和輸出信號反饋的增強(qiáng)型放大單元的實施例的方框圖。 圖14是基站的方框圖。
具體實施例方式
一開始應(yīng)當(dāng)理解，雖然在下面說明了本公開內(nèi)容的 一個實施例的示 例性實施方式，但是也可以利用任何數(shù)量的技術(shù)來實施本發(fā)明的系統(tǒng)， 而不管所述技術(shù)是當(dāng)前已知的還是存在的。本公開內(nèi)容決不應(yīng)被限于下 面說明的示例性實施方式、附圖和技術(shù)(其中包括在本文中說明及描述 的示例性設(shè)計和實施方式)，而是可以在所附權(quán)利要求書的范圍及其等 效表述的全部范圍內(nèi)進(jìn)行修改。
如圖1中所示，本公開內(nèi)容設(shè)想了一種增強(qiáng)型放大單元10,其在一 些實施例中被配置成與Doherty型放大器一致的設(shè)計。所述增強(qiáng)型放大 單元10包括輸入信號線16、主放大器12、輔助放大器14、信號準(zhǔn)備單 元20、主放大器阻抗變換器22以及輸出信號線18。輸入信號被傳遞到 輸入信號線16和信號準(zhǔn)備單元20中。信號準(zhǔn)備單元20把所述輸入信 號從輸入信號線16發(fā)送到主放大器12,以及信號準(zhǔn)備單元20對來自輸 入信號線16的輸入信號進(jìn)行相移，并且把經(jīng)過相移的信號發(fā)送到輔助 放大器14。主放大器阻抗變換器22接收來自主放大器12的輸出。來自 輔助放大器14和主放大器阻抗變換器22的輸出被組合形成輸出信號， 該輸出信號被發(fā)送到信號輸出線18。
在一些實施例中，在主放大器阻抗變換器22中校正由信號準(zhǔn)備單 元20引入的相移，從而使得離開主放大器阻抗變換器22的信號與離開 輔助放大器14的信號同相。為了提高增強(qiáng)型放大單元10的效率，主放 大器12和輔助放大器14可以是具有不同材料組成、不同設(shè)計或者同時 具有不同材料組成和不同設(shè)計的半導(dǎo)體器件。對于主放大器12使用第一半導(dǎo)體器件并且對于輔助放大器14使用不同于第一半導(dǎo)體器件的第 二半導(dǎo)體器件，這樣可以提高增強(qiáng)型放大單元10的效率。應(yīng)當(dāng)理解，
雖然在本實施例中使用了阻抗變換器，但是可以使用能夠引入偏移的任 何設(shè)備，在一些實施例中所述偏移是一個90度的偏移。還應(yīng)當(dāng)理解， 這里使用的耦合、連接、電連接、信號通信等術(shù)語可以包括組件之間的 直接連接、組件之間的間接連接或者全部兩種情況，在特定實施例的整 個情境中將會明顯看出這一點(diǎn)。術(shù)語"耦合"打算包括但不限于直接電 連接。術(shù)語"發(fā)送"打算包括但不限于從一個設(shè)備到另一個設(shè)備的信號 的電發(fā)送。
信號準(zhǔn)備單元20能夠把直接來自輸入信號線16的信號或者由另一 個組件、結(jié)構(gòu)或設(shè)備利用作為源的輸入信號線16而修改過的信號分離、 劃分或者按照其他方式提供到主放大器12和輔助放大器14。信號準(zhǔn)備 單元20可以被具體實現(xiàn)為能夠把來自輸入信號線16的信號的至少一部 分傳遞到主放大器12和輔助放大器14的任何設(shè)備。信號準(zhǔn)備單元20 可以把相同的信號傳遞到主放大器12和輔助放大器14二者，或者可以 把經(jīng)過修改的信號傳遞到主放大器12、輔助放大器14或者主放大器12 和輔助放大器14二者。信號準(zhǔn)備單元20在一些實施例中還能夠在來自 輸入信號線16的信號中引入相位變化，所述信號被傳遞到主放大器12、 輔助放大器14或者主放大器12和輔助放大器14 二者。作為一個電子 設(shè)備說明了信號準(zhǔn)備單元20;然而應(yīng)當(dāng)清楚地理解，在一些實施例中， 可以用輸入信號線16、主放大器12和輔助放大器14之間的直接電連接 來替換信號準(zhǔn)備單元20。
在一個實施例中，主放大器12和輔助放大器14包括不同的半導(dǎo)體 放大設(shè)備。主放大器12和輔助放大器14可以分別獨(dú)立地包括能夠被用 作放大器的任何半導(dǎo)體技術(shù)或半導(dǎo)體族，其中包括但不限于橫向雙擴(kuò)散 金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)、金 屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)、金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 (MESFET )、異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(HBT )、異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管(HFET )、 高電子遷移率晶體管(HEMT)以及雙極結(jié)型晶體管(BJT)。主放大 器12和輔助放大器14的材料組成可以包括但不限于硅(Si)、磷化銦 (InP)、砷化鎵(GaAs)以及氮化鎵(GaN)。在一個實施例中，主放 大器12和輔助放大器14是一組 合的半導(dǎo)體器件，其中主放大器12和輔助放大器14的材料組成、半導(dǎo)體族或者材料組成和半導(dǎo)體族二者 都不相同(即是不同的)。通過使用具有與輔助放大器14不同的放大 器設(shè)計的主放大器12可以提高所述放大單元的操作效率。為了清楚起 見，短語"放大器設(shè)計"應(yīng)當(dāng)指代特定放大器的半導(dǎo)體族和/或材料組成。 另外，主放大器12和輔助放大器14的額定功率可以是不同的，以便改 變最大效率在所述增強(qiáng)型放大單元10的回退中的位置。
圖2示出增強(qiáng)型放大單元10的另一個實施例。在該實施例中，增 強(qiáng)型放大單元10包含信號準(zhǔn)備單元20的經(jīng)過修改的形式。信號準(zhǔn)備單 元20的該經(jīng)過修改的形式包含信號分離器24和輔助路徑相位偏移26。 在該實施例中，通過輸入信號線16引入輸入信號，并且將其發(fā)送到信 號分離器24中。信號分離器24在不修改所述輸入信號的情況下將其分 離成兩個非常類似的信號。離開信號分離器24的這兩個信號的其中之 一被傳遞到主放大器12中，離開信號分離器24的另一個信號被傳遞到 輔助路徑相位偏移26中。輔助路徑相位偏移26對來自信號分離器24 的信號引入相移(在一些實施例中，該相移可以是90度)，并且把經(jīng) 過相移的該信號發(fā)送到輔助放大器14中。主放大器12接收來自信號分 離器24的信號，放大該信號，并且把該經(jīng)過主放大器放大的信號發(fā)送 到主放大器阻抗變換器22中。主放大器阻抗變換器22對所述經(jīng)過主放 大器放大的信號引入相移，其在一些實施例中與由輔助路徑相位偏移26 所引入的相移具有非常類似的質(zhì)量。
當(dāng)信號分離器24分離所述信號時，其沿著主路徑和輔助路徑發(fā)送 所述信號。所述主路徑是其中存在主放大器12的路徑，其在信號分離 器24與輸出信號線18之間延伸。所述輔助路徑是其中存在輔助放大器 14的路徑，其在信號分離器24與輸出信號線18之間延伸。
所述輸出信號通過輸出信號線18被發(fā)送，并且由主放大器阻抗變 換器22和輔助放大器14形成。四分之一波長阻抗變換器可以被用作主 放大器阻抗變換器22和信號準(zhǔn)備單元20,并且可以充當(dāng)可引入相位變 化和阻抗反演的移相器。其中一個創(chuàng)新特征在于，通過對來自主放大器 12的輸出和去往輔助放大器14的輸入進(jìn)行相移，可以在相位正交狀態(tài) 下驅(qū)動所述放大器。短語"相位正交"打算指代兩個信號的相位相差90 度的狀態(tài)。
應(yīng)當(dāng)清楚地理解，在一些實施例中，可以在偏離正交的狀態(tài)下操作
9增強(qiáng)型放大單元10,以便確保在輸出信號線18中組合的經(jīng)過放大的信 號同相，以便解決由于把混合的半導(dǎo)體器件技術(shù)、材料、額定功率、偏 置條件或其任何組合進(jìn)行組合而引入的變化。
在圖2中示出的實施例中，主放大器12被偏置成AB類，輔助放大 器14被偏置成C類。A類放大器總是導(dǎo)通電流，B類放大器被設(shè)計成 放大輸入波信號的一半，AB類打算指代把A類放大器與B類放大器相 組合的該類放大器。作為B類屬性的結(jié)果，AB類放大器被操作在僅僅 在所述波形的一半上是線性的非線性區(qū)域內(nèi)。C類放大器的偏置遠(yuǎn)遠(yuǎn)超 出截止，因此電流(從而輸入信號)在任何給定周期的少于一半持續(xù)時 間內(nèi)被放大。C類設(shè)計提供高于B類操作的功率效率，但是其代價在于 更高的輸入到輸出非線性。本公開內(nèi)容的其中 一個創(chuàng)新特征教導(dǎo)如何優(yōu) 化針對主放大器12和輔助放大器14的不同放大器設(shè)計的選擇以及如何 使用每一個放大器類的屬性來設(shè)計高效的增強(qiáng)型放大單元10。
所公開的增強(qiáng)型放大單元10的其中一個優(yōu)點(diǎn)在于，通過使用對應(yīng) 于主放大器12的第一放大器設(shè)計和對應(yīng)于輔助放大器14的第二放大器 設(shè)計而提高了效率，其中所述第一放大器設(shè)計與第二放大器設(shè)計不相 同。這一效率在增強(qiáng)型放大單元10的增強(qiáng)的線性中是很明顯的。可以 參照功率附加效率(PAE)來測量放大器的效率。PAE被定義為由放大 器輸入信號功率與放大器輸出信號功率之間的差除以輸入到該放大器 的直流(DC)功率?？梢宰鳛檩敵龉β?Pout)的函數(shù)來繪制PAE,如 圖3和圖4中所示，Pout的單位是分貝毫瓦(dBm)。
圖3是增強(qiáng)型放大單元IO的效率曲線圖30,其中主放大器12和輔 助放大器14具有完全相同的或者非常類似的物理放大器設(shè)計，但是分 別被偏置成AB類和C類。該圖示出主放大器輸出結(jié)果32 (AB類)、 輔助放大器輸出結(jié)果36 (C類)以及作為組合輸出結(jié)果34的主放大器 輸出結(jié)果32與輔助放大器輸出結(jié)果36的組合。通過使用具有高效率的 對應(yīng)于主放大器12的放大器設(shè)計，在不顯著影響放大器線性的情況下 提高了笫一效率結(jié)果32的高度。每當(dāng)增強(qiáng)型放大單元IO放大輸入信號 時主放大器12就操作；主放大器12的效率提高將提高增強(qiáng)型放大單元 IO的效率。此外，組合輸出結(jié)果34表明針對主放大器12和輔助放大器 14的放大器設(shè)計的獨(dú)立的選擇允許通過設(shè)計在輸出的回退中產(chǎn)生提高 的效率，這在當(dāng)今的調(diào)制系統(tǒng)中是所期望的。圖4示出一種用于確定主放大器12的第一放大器設(shè)計40以及輔助 放大器14的第二種不同的放大器設(shè)計的方法，該方法可以開始于識別 增強(qiáng)型放大單元10的所期望的操作范圍(塊42)?？梢员挥脕泶_定所 述操作范圍的操作特性包括但不限于功率輸入電平、功率輸出電平、操 作峰值與平均值比(PAR)以及頻率操作范圍。 一旦確定了所期望的操 作范圍之后，就可以確定主放大器12的放大器設(shè)計(塊44)。 一般來 說，主放大器12的材料可以被選擇成使得主放大器12將對于給定的增 強(qiáng)型放大單元10操作范圍操作在高效率范圍內(nèi)。在一個實施例中，主 放大器12可以是GaAs HBT或GaN HFET。還可以確定輔助放大器14 的放大器設(shè)計(塊46)。在選擇輔助放大器14的設(shè)計的其他考慮因素 當(dāng)中，可能要求輔助放大器14在關(guān)斷時充當(dāng)具有高阻抗的開路，并且 具有與主放大器12的操作范圍相容的接通點(diǎn)。CMOS或LDMOS設(shè)備 可以顯示出用作輔助放大器14的適當(dāng)?shù)年P(guān)斷特性。隨后可以檢驗所述 設(shè)計選擇以便確定其操作在所期望的范圍內(nèi)(塊48)?？梢赃M(jìn)行計算機(jī) 仿真或物理測試來提供該檢驗。在各種實施例中，主放大器12可以是 GaAsHBT，輔助放大器14可以是LDMOS;可選擇地，主放大器12可 以是GaNHFET,輔助放大器14可以是LDMOS;可選擇地，主放大器 12可以是GaAs HBT,輔助放大器14可以是CMOS;可選擇地，主放 大器12可以是GaNHFET，輔助放大器14可以是CMOS。
圖5是示出本公開內(nèi)容的一個實施例的一些優(yōu)點(diǎn)的曲線圖50,其使 用來自增強(qiáng)型放大單元10的輸出結(jié)果54，其中，主放大器12是GaN HFET,輔助放大器14是LDMOS。對于輸出結(jié)果54來說，主放大器12 的額定功率小于輔助放大器14的額定功率。曲線圖50還示出來自具有 兩個完全相同的LDMOS放大器的Doherty型放大器的第二輸出結(jié)果52。 對于輸出結(jié)果52來說，所述放大器的組合額定功率與對應(yīng)于輸出結(jié)果 54的組合額定功率等效。第二輸出結(jié)果52表明了逼近全壓縮58中的最 大效率的6dB功率回退處的峰值效率，這反映了其中使用完全相同的設(shè) 備的設(shè)計。輸出結(jié)果54表明了超出全壓縮58中的最大效率的多于6dB 功率回退處的峰值效率，這反映了使用較小的更高效設(shè)備作為主放大器 12。此外，通過使用成比例地大的輔助放大器14而仍然保持全功率， 從而使得組合的額定功率與對應(yīng)于結(jié)果52的額定功率等效。增強(qiáng)型放 大單元10的材料的選擇僅僅是出于說明性目的而被提供的，因為任何設(shè)備類型和組成都可以;故用作主放大器12和輔助放大器14二者?？梢?設(shè)想在本實施例中，主放大器12和輔助放大器14能夠處理具有從 800MHz到3.5GHz的頻率范圍的信號，并且可以具有大于30%的組合效 率；然而可以清楚地設(shè)想，所公開的實施例可以被用在任何頻率范圍內(nèi)。
圖5所示出的另一個優(yōu)點(diǎn)是增強(qiáng)型放大單元10第一輸出結(jié)果54與 LDMOS放大器第二輸出結(jié)果52相比的復(fù)雜度。所得到的增強(qiáng)型放大單 元10輸出結(jié)果54反映了起作用的放大器路徑的組件。該復(fù)雜輸出路徑 允許在不改變放大器設(shè)計的情況下基于先前不可用的設(shè)計選擇來定制 輸出參數(shù)。這些輸出參數(shù)包括但不限于把所述峰值對平均值信號定制到 幾乎任何所期望的水平。
圖6示出增強(qiáng)型放大單元10的一個實施例。增強(qiáng)型放大單元10的 該實施例也具有并聯(lián)的主放大器12和輔助放大器14、與主放大器12和 輔助放大器14相連的主放大器阻抗變換器22、以及與輔助放大器14和 主放大器阻抗變換器22相連的輸出信號線18。同樣地，所述主放大器 和輔助放大器的放大器設(shè)計不同。在該實施例中，通過輸入信號線16 引入信號，并且將其發(fā)送到預(yù)失真線性化器60，該預(yù)失真線性化器60 對所述信號進(jìn)行預(yù)失真并且將其發(fā)送到信號分離器24。信號分離器24 把來自預(yù)失真線性化器60的信號分離成兩個非常類似的輸入信號，并 且把這些信號發(fā)送到主放大器12和輔助路徑相位偏移26中。來自輔助 路徑相位偏移26的信號被發(fā)送到輔助放大器14中。來自主放大器12 的輸出信號隨后被從主放大器12傳遞通過主放大器阻抗變換器22,并 且變成來自主放大器12的經(jīng)過修改的輸出。去往主放大器阻抗變換器 22的主放大器12的經(jīng)過修改的輸出與來自輔助放大器14的信號輸出相 組合，從而變成輸出信號，所述輸出信號通過輸出信號線18離開增強(qiáng) 型放大單元IO。另外，反饋信號線62從所述輸出信號線18連接到所述 信號準(zhǔn)備單元20,這允許預(yù)失真線性化器60監(jiān)控輸出信號線18中的信 號。
從主放大器阻抗變換器22產(chǎn)生的輸出信號和來自輔助放大器14的 輸出在一些實施例中應(yīng)當(dāng)是同相的。這可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員所知道 的任何方式來實現(xiàn)，其中包括但不限于利用基帶/數(shù)字延遲技術(shù)或者通過 軌道長度射頻技術(shù)來重新對準(zhǔn)相位?；鶐?數(shù)字延遲技術(shù)打算指代任何延 遲技術(shù)，其中包括但不限于對信號傳輸進(jìn)行數(shù)字延遲的那些技術(shù)，射頻技術(shù)打算指代涉及射頻信號的任何方法，其中包括但不限于調(diào)節(jié)信號軌
道或路徑的長度。反饋信號線62允許信號準(zhǔn)備單元20監(jiān)控離開增強(qiáng)型 放大單元10的信號，并且允許對預(yù)失真線性化器60、信號分離器24或 輔助^各徑相位偏移26進(jìn)4亍調(diào)節(jié)。
圖7示出增強(qiáng)型放大單元10的一個實施例，其具有兩條附加的反 饋信號線。除了圖6所示出的實施例之外，在本實施例中，主放大器反 饋線72把關(guān)于主放大器12的狀態(tài)的信息提供到信號準(zhǔn)備單元20,輔助 放大器反饋線70把關(guān)于輔助放大器14的狀態(tài)的信息提供到信號準(zhǔn)備單 元20。本實施例允許信號準(zhǔn)備單元20監(jiān)控輸出信號線18中的信號以及 主放大器12和輔助放大器14的狀態(tài)，并且允許對預(yù)失真線性化器60、 信號分離器24或者輔助路徑相位偏移26進(jìn)行調(diào)節(jié)。
圖8示出增強(qiáng)型放大單元10的一個實施例。增強(qiáng)型放大單元10的 該實施例還包括主路徑信號整形設(shè)備80和輔助路徑信號整形設(shè)備82。 在本實施例中，把信號線引入到輸入信號線16中并且將其傳遞到預(yù)失 真線性化器60中。預(yù)失真線性化器60把所述經(jīng)過預(yù)失真的信號發(fā)送到 信號分離器24中。信號分離器24把來自預(yù)失真線性化器60的信號分 離成兩個非常類似的信號，隨后把這兩個信號的其中之一發(fā)送到主路徑 信號整形設(shè)備80中，并且把另一個信號發(fā)送到輔助路徑信號整形設(shè)備 82中。主路徑信號整形設(shè)備80對所述信號進(jìn)行整形，并且隨后將該信 號發(fā)送到主放大器12中；主放大器12對該信號進(jìn)行放大，并且將該信 號發(fā)送到主放大器阻抗變換器22。輔助路徑信號整形設(shè)備82對所述信 號進(jìn)行整形，隨后把該信號發(fā)送到輔助路徑相位偏移26中，并且把該 信號發(fā)送到輔助放大器14。同樣地，主放大器和輔助放大器的放大器設(shè) 計不同。來自主放大器阻抗變換器22的輸出與來自輔助放大器14的信 號輸出相組合，從而變成所述輸出信號，并且通過輸出信號線18離開 所述增強(qiáng)型放大單元IO。另外，反饋信號線62從輸出信號線18被連接 到信號準(zhǔn)備單元20,這允許信號準(zhǔn)備單元20監(jiān)控輸出信號線18中的信 號并且對預(yù)失真線性化器60、信號分離器24、主路徑信號整形設(shè)備80、 輔助路徑信號整形設(shè)備82或者輔助路徑相位偏移26進(jìn)行調(diào)節(jié)。
圖9示出增強(qiáng)型放大單元10的一個實施例，其具有兩條附加的反 饋信號線。除了圖8所示的實施例之外，在本實施例中，主放大器反饋 線72把關(guān)于主放大器12的狀態(tài)的信息提供到信號準(zhǔn)備單元20，輔助放大器反饋線70把關(guān)于輔助放大器14的狀態(tài)的信息提供到信號準(zhǔn)備單元 20。本實施例允許信號準(zhǔn)備單元20監(jiān)控輸出信號線18中的信號以及主 放大器12和輔助放大器14的狀態(tài)，并且允許對預(yù)失真線性化器60、信 號分離器24、主路徑信號整形設(shè)備80、輔助路徑信號整形設(shè)備82或者 輔助路徑相位偏移26進(jìn)行調(diào)節(jié)。
信號整形可能得到數(shù)字地產(chǎn)生的兩個RF輸入信號，以便在增強(qiáng)型 放大單元10中進(jìn)行放大。信號分離器24把給定信號分離成兩個非常類 似的信號。主路徑信號整形設(shè)備80把第一信號整形成基本部分，而輔 助路徑信號整形設(shè)備82把第二信號整形成峰值部分。在圖IOA、 IOB和 10C中示出表明整形的示例波形，所述波形是作為時間的函數(shù)的輸入功 率(Pin)的曲線圖。圖IOA是輸入信號92的曲線圖90。圖10B是輸入 信號92的主部分96的曲線圖94。圖IOC是輸入信號92的輔助部分100 的曲線圖98。主部分96可以包括輸入信號92的可以由主放大器12放 大而不會達(dá)到飽和點(diǎn)的部分。輔助部分100包括輸入信號92的分離出 主部分96之后的剩余部分，并且輔助部分IOO可以包括輸入信號92的 可以由輔助放大器14放大的部分。信號準(zhǔn)備單元20可能能夠?qū)γ恳粋€ 放大器進(jìn)行定制的功率輸送。在一些實施例中，預(yù)失真線性化器60還 可以被設(shè)計成實施某種形式的預(yù)失真，以便解決由信號整形在增強(qiáng)型放 大單元IO輸出中引入的任何非線性。
圖11示出增強(qiáng)型放大單元10的一個實施例。增強(qiáng)型放大單元10 的本實施例類似于圖8中示出的實施例，其中添加了放置在主放大路徑 中的主路徑預(yù)失真線性化器110和放置在輔助放大路徑中的輔助路徑預(yù) 失真線性化器112,并且沒有預(yù)失真線性化器60。在本實施例中，把輸 入信號引入到輸入信號線16中并且將其傳遞到信號分離器24中。信號 分離器24把來自輸入信號線16的信號分離成兩個非常類似的信號，隨 后把這兩個信號的其中之一發(fā)送到主路徑預(yù)失真線性化器110中，并且 把另一個信號發(fā)送到輔助路徑預(yù)失真線性化器112中。主路徑預(yù)失真線 性化器HO執(zhí)行預(yù)失真線性化器信號變換，并且把該信號發(fā)送到主路徑 信號整形設(shè)備80中。輔助路徑預(yù)失真線性化器112執(zhí)行預(yù)失真線性化 器信號變換，并且把該信號發(fā)送到輔助路徑信號整形設(shè)備82中。主路 徑信號整形設(shè)備80對所述信號進(jìn)行整形，并且隨后把該信號發(fā)送到主 放大器12中；主放大器12放大該信號，并且把該信號發(fā)送到主放大器阻抗變換器22。輔助路徑信號整形設(shè)備82對所述信號進(jìn)行整形，隨后 把該信號發(fā)送到輔助路徑相位偏移26中，并且把該信號發(fā)送到輔助放 大器14。同樣地，主放大器12和輔助放大器14的放大器設(shè)計不同。來 自主放大器阻抗變換器22的輸出與來自輔助放大器14的信號輸出相組 合，從而變成所述輸出信號，并且通過輸出信號線18離開所述增強(qiáng)型 放大單元IO。另外，反饋信號線62從輸出信號線18被連接到信號準(zhǔn)備 單元20，這允許信號準(zhǔn)備單元20監(jiān)控輸出信號線18中的信號并且對預(yù) 失真線性化器60、信號分離器24、主路徑預(yù)失真線性化器110、主路徑 信號整形設(shè)備80、輔助路徑預(yù)失真線性化器112、輔助路徑信號整形設(shè) 備82或者輔助路徑相位偏移26進(jìn)行調(diào)節(jié)。
主路徑預(yù)失真線性化器IIO和輔助路徑預(yù)失真線性化器112可以被 實施為能夠基于外出的信號樣本對輸入信號應(yīng)用失真的任何設(shè)備。為了 清楚起見，在提到失真或預(yù)失真時，所述術(shù)語打算指代對信號的故意改 變。可以按照本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何方式應(yīng)用失真。在圖11中示 出的實例中，主路徑預(yù)失真線性化器110和輔助路徑預(yù)失真線性化器 112被用來基于輸出信號線18中的輸出信號的樣本對通過輸入信號線 16發(fā)送的輸入信號應(yīng)用預(yù)失真。預(yù)失真線性化通常是對已知的反相位或 幅度失真的應(yīng)用，并且將由主放大器12、輔助放大器14以及增強(qiáng)型放 大單元10的任何其他組件在所述信號通過增強(qiáng)型放大單元IO發(fā)送時應(yīng) 用。因此，通過在進(jìn)行放大之前對所述信號應(yīng)用反失真，增強(qiáng)型放大單 元10的預(yù)失真與固有的非線性的和將導(dǎo)致輸出信號線18中的失真減 小。在一個實施例中，主路徑預(yù)失真線性化器IIO和輔助路徑預(yù)失真線 性化器112可以在所述輸入信號是數(shù)字的或模擬的時對該輸入信號應(yīng)用 預(yù)失真。如這里進(jìn)一步討論的那樣，應(yīng)當(dāng)清楚地理解，可以與根據(jù)本公 開內(nèi)容的任何數(shù)目的放大器設(shè)備一起使用任何數(shù)目的預(yù)失真線性化器 設(shè)備，其中包括具有記憶校正的任何數(shù)目的預(yù)失真線性化器設(shè)備，其中 當(dāng)在所期望的范圍操作內(nèi)時對輸入信號進(jìn)行預(yù)失真以便解決設(shè)備非線 性和記憶。
圖12示出增強(qiáng)型放大單元10的一個實施例，其具有兩條附加的反 饋信號線。除了圖11所示出的實施例之外，在本實施例中，主放大器 反饋線72把關(guān)于主放大器12的狀態(tài)的信息提供到信號準(zhǔn)備單元20，輔 助放大器反饋線70把關(guān)于輔助放大器14的狀態(tài)的信息提供到信號準(zhǔn)備
15單元20。本實施例允許信號準(zhǔn)備單元20監(jiān)控輸出信號線18中的信號以 及主放大器12和輔助放大器14的狀態(tài)，并且允許對信號分離器24、主 路徑預(yù)失真線性化器110、主路徑信號整形設(shè)備80、輔助路徑預(yù)失真線 性化器112、輔助路徑信號整形設(shè)備82或者輔助路徑相位偏移設(shè)備26 進(jìn)行調(diào)節(jié)。
圖13是增強(qiáng)型放大單元10的又一個實施例。圖13中示出的實施 例與圖12的實施例非常類似，并且包含對主上變頻設(shè)備122和輔助上 變頻設(shè)備120的添加。主上變頻設(shè)備122可以被放置在沿著主放大器路 徑的任何點(diǎn)處，輔助上變頻設(shè)備120可以被放置在沿著輔助放大器路徑 的任何點(diǎn)處。所述主上變頻設(shè)備122和輔助上變頻設(shè)備120的添加被用 來對所述主放大路徑、輔助放大路徑、或者主放大路徑和輔助放大路徑 二者中的信號執(zhí)行上變頻過程。
如圖14中所示，所公開的增強(qiáng)型放大單元IO設(shè)計可以:帔結(jié)合到基 站130中。基站130是處于固定位置處的中到高功率、多信道、雙向無 線電設(shè)備?；?30通?？梢杂傻凸β?、單信道、雙向無線電設(shè)備或無 線設(shè)備(比如移動電話、便攜電話以及無線路由器)來使用?；?30 可以包括耦合到發(fā)射機(jī)134和接收機(jī)136的信號控制器132。發(fā)射機(jī)134 和接收機(jī)136 (或者組合的收發(fā)機(jī))還被耦合到天線138。在基站130 中，數(shù)字信號在信號控制器132中被處理。所述數(shù)字信號可以是用于無 線通信系統(tǒng)的信號，比如傳送針對移動終端(未示出)的語音或數(shù)據(jù)的 信號?；?30可以采用任何合適的無線技術(shù)或標(biāo)準(zhǔn)，比如2G、 2.5G、 3G、 GSM、 IMT國2000、 UMTS、 iDEN、 GPRS、 EV-DO、 EDGE、 DECT、 PDC、 TDMA、 FDMA、 CDMA、 W-CDMA、 TD畫CDMA、 TD隱SCDMA、 GMSK、 OFDM等等。信號控制器132隨后把所述數(shù)字信號發(fā)送到發(fā)射 機(jī)134,所述發(fā)射機(jī)134包括信道處理電路140。信道處理電路140對 每一個數(shù)字信號進(jìn)行編碼，射頻(RF)發(fā)生器142把所述已編碼信號調(diào) 制到RF信號上。隨后在增強(qiáng)型放大單元10中放大所述RF信號。通過 天線138把所得到的輸出信號發(fā)送到所述移動終端。天線138還接收從 所述移動終端發(fā)送到基站130的信號。天線138把所述信號發(fā)送到接收 機(jī)136,該接收機(jī)136把所述信號解調(diào)成數(shù)字信號并且將其發(fā)送到信號 控制器132,在該處可以把所述數(shù)字信號中繼到外部網(wǎng)絡(luò)146?；?30 還可以包括諸如冷卻風(fēng)扇或空氣交換機(jī)之類的輔助設(shè)備，以便從基站130散熱。
在一個實施例中，本公開內(nèi)容的增強(qiáng)型放大單元10可以被結(jié)合到
基站130中，以代替塊142和144的一部分(如果不是全部的話)，這 可以降低基站130的資本成本和功率使用。功率放大器效率是可用輸出 信號功率相對于總功率輸入的度量。未被用來產(chǎn)生輸出信號的功率通常 被作為熱量耗散。在諸如基站130之類的大系統(tǒng)中，在增強(qiáng)型放大單元 10中生成的熱量可能需要冷卻風(fēng)扇和其他相關(guān)聯(lián)的冷卻設(shè)備，這可能會 提高基站130的成本、需要附加的功率、增大基站外殼的總尺寸以及要 求頻繁的維護(hù)。通過提高基站130中的增強(qiáng)型放大單元10的效率可以 消除對于一些或所有冷卻設(shè)備的需求。此外還可以降低對增強(qiáng)型放大單 元10的供電功率，這是因為其可以纟皮更加高效地變換成可用信號。由 于減少了冷卻設(shè)備，因此還可以減小基站130的物理尺寸并且降低維護(hù) 需求。這可以允許把基站130設(shè)備移動到基站塔的頂部，從而允許發(fā)射 機(jī)電纜敷設(shè)路徑更短并且降低成本。在一個實施例中，基站130具有從 800MHz到3.5GHz范圍的操作頻率。
雖然已經(jīng)示出并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是在不偏離本發(fā)明 的精神和教導(dǎo)的情況下可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員對其做出許多修改。這里 描述的實施例僅僅是示例性的，而不打算進(jìn)行限制。這里公開的本發(fā)明 可能有許多變型和修改，并且都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在明確聲明數(shù)值范 圍或限制的地方，這種明確的范圍或限制應(yīng)當(dāng)被理解成包括落在所述明 確聲明的范圍或限制內(nèi)的類似量值的迭代范圍或限制(例如從大約1到 大約10包括2、 3、 4等等；大于0.10包括0.11、 0.12、 0.13等等)。 關(guān)于權(quán)利要求的任何元件來使用術(shù)語"可選地"打算是指需要或者可選 地不需要對象元件。這兩種替換方案都打算在該權(quán)利要求的范圍內(nèi)。使 用諸如"包括"、"包含"、"具有"等更廣泛的術(shù)語應(yīng)當(dāng)被理解成支 持更窄的術(shù)語，比如由...構(gòu)成、主要由...構(gòu)成、基本上由...構(gòu)成等等。
相應(yīng)地，保護(hù)范圍不受上面陳述的描述限制，而僅僅受到后面的權(quán) 利要求書的限制，其范圍包括所附權(quán)利要求書的主題內(nèi)容的所有等效表 述。每一項權(quán)利要求都作為本發(fā)明的一個實施例被結(jié)合到說明書中。因 此，所述權(quán)利要求書是進(jìn)一步的描述并且是對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的補(bǔ) 充。在背景技術(shù)中對某一參考文獻(xiàn)的討論并不意味著承認(rèn)其是本發(fā)明的 現(xiàn)有技術(shù)，特別是對于其公布日晚于本申請的優(yōu)先權(quán)日的任何參考文獻(xiàn)
17來說尤其如此。這里引用的所有專利、專利申請和出版物的公開內(nèi)容被 結(jié)合在此以作參考，其所提供的示例性的、程序性的或其他細(xì)節(jié)對這里 闡述的細(xì)節(jié)進(jìn)行補(bǔ)充。
權(quán)利要求
1、一種放大單元，包括信號分離器，其中所述信號分離器能夠進(jìn)行操作以把輸入信號分離成第一信號和第二信號，從而使得所得到的兩個信號部分正交；主放大器，其中所述主放大器能夠放大所述第一信號；輔助放大器，其中所述輔助放大器能夠放大所述第二信號，并且所述輔助放大器與所述主放大器非常不同；信號組合器，其中所述信號組合器能夠把所述第一信號與第二信號相組合，并且能夠重新對準(zhǔn)所述第一信號和第二信號的相位。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的放大單元，其中，所述主放大器和輔助放 大器是利用從包括以下各項的一組中選擇的半導(dǎo)體器件技術(shù)形成的橫 向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS )、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS )、 金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)、金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體 管(MESFET)、異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(HBT)、高電子遷移率晶體管(HEMT)、異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管(HFET)、雙極結(jié)型晶體管(BJT )、 或其組合。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的放大單元，其中，所述主放大器和輔助放 大器能夠具有不同的額定功率。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的放大單元，其中，所述主放大器和輔助放 大器被偏置為從下面一組中選擇的不同類A類、AB類、B類或C類。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的放大單元，其中，所述第一信號和第二信 號的相對相位被偏離正交，從而確保所述經(jīng)過放大的信號同相組合，以 便解決由于把混合的半導(dǎo)體器件技術(shù)、材料、額定功率或偏置條件中的 一種或多種相組合而引入的變化。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的放大單元，其中，所述主放大器和輔助放 大器由從包括以下各項的一組中選擇的半導(dǎo)體材料構(gòu)成硅(Si)、磷 化銦(InP)、砷化鎵(GaAs)、氮化鎵(GaN)、或其組合。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的放大單元，其中，利用數(shù)字基帶或RF延遲 技術(shù)實現(xiàn)輸入相位操縱。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的放大單元，其中，所述放大單元與移動電 話基站、衛(wèi)星或衛(wèi)星通信設(shè)備、無線電單元或者其他電設(shè)備集成在一起。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的放大單元，還包括具有記憶校正的線性化，其中對所述輸入信號進(jìn)行預(yù)失真以便解決當(dāng)在所期望的范圍內(nèi)操作時 設(shè)備的非線性和記憶。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的放大單元，還包括預(yù)失真線性化器，所述預(yù)失真線性化器被耦合到所述輸入信號線并且向所述信號分離器提 供輸出信號。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的放大單元，還包括到所述預(yù)失真線性化 器、所述信號分離器、或者所述預(yù)失真線性化器和信號分離器二者的反 饋信號線，所述反饋信號線包括表示所述輸出信號的狀態(tài)的信號。
12、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的放大單元，還包括第一信號整形設(shè)備， 所述第一信號整形設(shè)備接收來自所述信號分離器的第一輸出信號并且 被耦合到所述主放大器路徑。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的放大單元，還包括笫二信號整形設(shè)備， 所述第二信號整形設(shè)備接收來自所述信號分離器的第二輸出信號并且 被耦合到所述輔助放大器路徑，從而使得所述主放大器和輔助放大器被 正交驅(qū)動。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的放大單元，還包括到所述預(yù)失真線性化 器、所述信號分離器、所述第一或第二信號整形設(shè)備、或者其任何組合 的第 一反饋信號線，所述第 一反饋信號線包含關(guān)于所述主放大器的狀態(tài) 的信息。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的放大單元，還包括到所述預(yù)失真線性化 器、所述信號分離器、所述第一或第二信號整形設(shè)備、或者其任何組合 的第二反饋信號線，所述第二反饋信號線包含關(guān)于所述輔助放大器的狀 態(tài)的信息。
16、 一種放大輸入信號的方法，包括 把所述輸入信號分成第一部分和第二部分；利用主放大器放大所述第一部分并且利用輔助放大器放大所述第 二部分，其中所述主放大器和輔助放大器具有不同的放大器設(shè)計；以及 把所述經(jīng)過放大的第一部分與經(jīng)過放大的第二部分相組合。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括在利用所述主放大器放 大所述第一部分并且利用所述輔助放大器放大所述第二部分之前對所 述輸入信號進(jìn)行相移。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括在把所述經(jīng)過放大的第一部分和經(jīng)過放大的第二部分相組合之前重新對準(zhǔn)來自其中一個所述 放大器的輸出信號的相位。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，在所述主放大器和輔助放 大器處于"接通"狀態(tài)時，所述主放大器和輔助放大器被正交驅(qū)動。
20、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，利用數(shù)字、基帶或RF延遲 技術(shù)中的 一種或多種技術(shù)來實現(xiàn)輸入相移。
全文摘要
本申請公開了一種放大單元，其包括并聯(lián)的第一放大器和第二放大器，其中所述第一放大器和第二放大器包括具有不同放大器設(shè)計的半導(dǎo)體器件。本申請還公開了連接到所述第一放大器和第二放大器的信號輸入線。還公開了連接到所述第一放大器和第二放大器的信號輸出線。
文檔編號H03F3/68GK101589550SQ200780043717
公開日2009年11月25日 申請日期2007年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月29日
發(fā)明者G·鮑爾斯, J·伊洛夫斯基, M·奧弗拉赫蒂, S·維道森 申請人:北方電訊網(wǎng)絡(luò)有限公司