專利名稱：利用數(shù)字振幅和相位控制信號(hào)調(diào)制射頻信號(hào)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及放大器。它特別適用于(但不限于)便攜式無(wú)線電話中的功率放大器便攜式無(wú)線電話依靠作為電話機(jī)整體的一部分的電池工作，其能量?jī)?chǔ)存有限。便攜式電話的用戶日益要求在再充電周期之間電話有更長(zhǎng)的工作時(shí)間。
一般來(lái)說(shuō)，在便攜式電話中能量的單個(gè)最大消耗件是發(fā)射器，特別是在發(fā)射器的功率放大(PA)級(jí)。PA不僅需要比電話的其余部分要高的功率電平工作，它還必須在基本上是線性工作模式下工作時(shí)發(fā)射所需信號(hào)，以確保其發(fā)射符合適用于所述工作模式所定義的標(biāo)準(zhǔn)。
通常，工作在線性模式的放大器并非特別有效，因此必須在電池壽命和符合規(guī)范之間加以權(quán)衡利弊。由于某一特定系統(tǒng)可用的特定電話必須符合規(guī)范，因放大器的工作模式而必須縮短電池壽命通常也就被人們接受了。
在先有技術(shù)的便攜式無(wú)線電話中，發(fā)射路徑在概念上可以分為數(shù)個(gè)不同的部分。要發(fā)射的信息首先由輸入的語(yǔ)音或數(shù)據(jù)產(chǎn)生。然后以低功率調(diào)制由此過(guò)程創(chuàng)建的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，以便符合所述電話藉以工作的特定通信標(biāo)準(zhǔn)。然后所述模擬射頻(RF)調(diào)制信號(hào)的功率利用功率放大器放大，所述功率放大器放大所述信號(hào)、使得該信號(hào)適合于利用天線通過(guò)空中接口發(fā)送。
如上所述，便攜式無(wú)線電話中先有技術(shù)功率放大器的問(wèn)題在于它們的效率相對(duì)來(lái)說(shuō)都不那么高。放大器的工作模式通常導(dǎo)致輸入到放大器中的大量功率主要以熱的形式被浪費(fèi)掉了。于是電池壽命縮短，因而比其他方式達(dá)到的通話次數(shù)要少。其它的不便可能是更頻繁的再充電時(shí)間間隔和/或更大的電池。
效率，η，以下式表示 在先有技術(shù)GSM功率放大器中η的典型數(shù)字在45％范圍內(nèi)。所以，從電池輸入到放大器的功率的一半以上被浪費(fèi)了，沒(méi)有轉(zhuǎn)換成發(fā)射的RF信號(hào)。
除了這種浪費(fèi)的功率對(duì)電池壽命的影響，所產(chǎn)生的熱也需要在PA電路周?chē)休^大的散熱片來(lái)發(fā)散不需要的熱。這就導(dǎo)致電話更大，更重，不受用戶歡迎。
理想的功率放大器的效率η應(yīng)為100％，即放大器從電源獲取的全部功率都將轉(zhuǎn)換成發(fā)射的RF功率，沒(méi)有以熱的形式損耗掉。理想的放大器當(dāng)然是不可能的，但改進(jìn)PA效率卻是非常需要的。
一種可以用來(lái)生產(chǎn)更有效的放大器的已知技術(shù)稱為包絡(luò)消除和恢復(fù)(Envelope Elimination and Restoration(EER))。這種技術(shù)最初是公開(kāi)在L Kahn的文章中“Single Sided Transmission byEnvelope Elimination and Restoration”-Proc.IRE，July 1952，pp.803-806。
所述技術(shù)也稱為極性調(diào)制，以下參閱附圖中的

圖1加以說(shuō)明。低功率調(diào)制信號(hào)200在點(diǎn)110輸入到系統(tǒng)100中。調(diào)制信號(hào)200既作了相位調(diào)制(PM)，又作了振幅調(diào)制(AM)。用分解器120將所述信號(hào)分為兩個(gè)相等的成分。第一成分加到檢測(cè)器130上，檢測(cè)器130輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)于信號(hào)200的包絡(luò)210的信號(hào)。所以信號(hào)210對(duì)應(yīng)于信號(hào)200中的AM信息。
第二信號(hào)加到限幅器140上，限幅器140輸出信號(hào)200的硬限幅型信號(hào)220。信號(hào)220中已去除全部振幅變化，所以對(duì)應(yīng)于信號(hào)200中的PM信息。
檢測(cè)到的信號(hào)210加到放大器150上，這個(gè)信號(hào)用來(lái)驅(qū)動(dòng)接至功率放大器160的電源。這樣，功率放大器160可以以恒定的增益工作，輸入信號(hào)200包絡(luò)中的變化可以通過(guò)與輸入信號(hào)200包絡(luò)一致地改變電源來(lái)重建，如信號(hào)210所示。
得到的輸出信號(hào)230對(duì)應(yīng)于輸入信號(hào)200的放大型式，可以由天線(未示出)發(fā)射。
用數(shù)學(xué)方法說(shuō)明此情況，考慮以f(t)表示輸入信號(hào)200。
f(t)的振幅以g(t)表示，f(t)的相位以h(t)表示。利用標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)數(shù)表示法f(t)＝g(t)·ejh(t)(2)從圖1可知，g(t)由信號(hào)210代表，h(t)由信號(hào)220代表。
輸出信號(hào)230用F(t)表示并且是f(t)的放大型式，放大倍數(shù)用G表示。
F(t)＝G·f(t)(3)圖1的系統(tǒng)中使用的技術(shù)已經(jīng)問(wèn)世將近40年，但將此技術(shù)應(yīng)用于便攜式電信領(lǐng)域已證明有問(wèn)題，主要是由于這類裝置的工作頻率所引起的。
本發(fā)明的第一方面提供一種發(fā)射器，用來(lái)調(diào)制具有輸入數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流的RF載波信號(hào)，它包括處理器，用于產(chǎn)生表征所述輸入數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流的數(shù)字相位信號(hào)和數(shù)字振幅信號(hào)；信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生具有由所產(chǎn)生的數(shù)字相位信號(hào)定義的相位特性的RF載波信號(hào)；放大器，它被設(shè)置成接收RF載波信號(hào)作為輸入信號(hào)；以及雙電平開(kāi)關(guān)電路，它對(duì)所產(chǎn)生的數(shù)字振幅信號(hào)作出響應(yīng)，在兩個(gè)電平之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以產(chǎn)生向放大器供電的電壓信號(hào)。
本發(fā)明的第二方面提供一種適用于調(diào)制具有輸入數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流的RF載波信號(hào)的發(fā)射器的操作方法，它包括以下步驟從數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流產(chǎn)生表征所述輸入數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流的數(shù)字相位信號(hào)和數(shù)字振幅信號(hào)；產(chǎn)生具有由所述數(shù)字相位信號(hào)定義的相位特性的RF載波信號(hào)；將所述RF載波信號(hào)傳送到RF放大器；雙電平開(kāi)關(guān)電路對(duì)所述數(shù)字振幅信號(hào)作出響應(yīng)而在兩個(gè)電平之間轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生電壓饋送信號(hào)；以及將所述電壓饋送信號(hào)加到放大器的電源輸入端。
開(kāi)關(guān)電路的工作是提供在兩個(gè)電壓饋送線之間轉(zhuǎn)換的信號(hào)。有兩個(gè)可能的輸出—每個(gè)等效于一種電壓線。實(shí)際上，由于構(gòu)成開(kāi)關(guān)電路的有源器件的內(nèi)部電阻不同，輸出數(shù)值略有不同。這種轉(zhuǎn)換提高了功率效率。
有利的是，利用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的放大器的發(fā)射器能夠接收純數(shù)字輸入。數(shù)字輸入僅需要以一種適合調(diào)制的格式代表擬發(fā)射的數(shù)據(jù)。當(dāng)相位和振幅信息有效重組時(shí)調(diào)制過(guò)程本身在PA中發(fā)生。幾乎全部在數(shù)字領(lǐng)域工作的能力在電路設(shè)計(jì)和布局方面提供了眾所周知的優(yōu)越性。
有利的是，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)射器可以結(jié)合多種調(diào)制方案工作。不同的通信標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了不同的調(diào)制方案，供按各種標(biāo)準(zhǔn)工作的裝置使用。本發(fā)明的實(shí)施例能夠用于不同的調(diào)制方案是由于其實(shí)現(xiàn)振幅和相位調(diào)制的方式的緣故。
按GSM標(biāo)準(zhǔn)工作的裝置使用GMSK調(diào)制方案。所述方案已知為恒定振幅，因?yàn)榘l(fā)射信號(hào)的包絡(luò)不變。信息以調(diào)制信號(hào)的相位變化進(jìn)行編碼。
其它調(diào)制方案，例如用在寬帶CDMA(W-CDMA)中的調(diào)制方案，產(chǎn)生具有隨時(shí)間變化的振幅和相位的信號(hào)。
這兩類調(diào)制，以及諸如EDGE，QPSK及其變型等許多調(diào)制，都可以用本發(fā)明的實(shí)施例產(chǎn)生。本發(fā)明的實(shí)施例可以認(rèn)為是通用發(fā)射器/調(diào)制器，因?yàn)闇?zhǔn)確的調(diào)制方案可以在將輸入信號(hào)導(dǎo)入發(fā)射器所用的軟件中確定。發(fā)射器硬件本身不作改變。
有利的是，本發(fā)明的實(shí)施例不需要產(chǎn)生同相(I)和正交相位(Q)成分來(lái)產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)，這就減少了元件數(shù)，也就節(jié)約了能量。
本發(fā)明的實(shí)施例最好利用一對(duì)信號(hào)來(lái)代表擬發(fā)射的數(shù)據(jù)。這對(duì)信號(hào)包括代表數(shù)據(jù)信號(hào)相位的信號(hào)和代表數(shù)據(jù)信號(hào)振幅的信號(hào)。與圖1的先有技術(shù)系統(tǒng)不同的是，振幅信號(hào)不是所需最終的RF信號(hào)包絡(luò)的直接表示。相反，它是用來(lái)有效轉(zhuǎn)換放大器或調(diào)制器的數(shù)字編碼信號(hào)。轉(zhuǎn)換放大器或調(diào)制器的輸出向RF功率放大器提供電壓饋送，經(jīng)過(guò)根據(jù)表示輸入信號(hào)相位的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行了相位調(diào)制的RF載波信號(hào)接著也饋入所述RF功率放大器。
本發(fā)明的實(shí)施例利用代表擬發(fā)射的數(shù)據(jù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)控制PA的工作。這種工作允許PA有效地作為調(diào)制器使用，因?yàn)樵诰哂凶罱K發(fā)射信號(hào)的相位和振幅特征的信號(hào)的發(fā)射鏈中這是首要的一點(diǎn)。
有利的是，本發(fā)明的實(shí)施例享有比先有技術(shù)的裝置高得多的效率。有可能做到比先有技術(shù)的裝置提高30％或40％。由于一些先有技術(shù)裝置的效率僅為45％，故電池的可利用壽命可比原先可用的壽命延長(zhǎng)一倍。
為了更好的理解本發(fā)明，并理解本發(fā)明如何實(shí)施，現(xiàn)參閱附圖用只作為示范的實(shí)例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，附圖中圖1示出先有技術(shù)的包絡(luò)消除和恢復(fù)的調(diào)制技術(shù)；圖2示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)射器；以及圖3示出構(gòu)成本發(fā)明實(shí)施例的一部分的開(kāi)關(guān)電路。
為了提供對(duì)本發(fā)明完全的理解，本申請(qǐng)附有本發(fā)明根據(jù)它來(lái)要求優(yōu)先權(quán)的文件的完整復(fù)制件。所述附件應(yīng)認(rèn)為是本申請(qǐng)的組成部分之一。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)射器300。所述發(fā)射器具有輸入端310，用來(lái)接收代表擬發(fā)射數(shù)據(jù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流。所述處的數(shù)據(jù)已根據(jù)需要按所述次發(fā)射所用的特定通信標(biāo)準(zhǔn)編碼和格式化。例如，如果發(fā)射按GSM進(jìn)行，則語(yǔ)音應(yīng)已進(jìn)行某種編碼，數(shù)據(jù)上已加上了糾錯(cuò)和檢錯(cuò)位，而且應(yīng)已將順序的各幀的數(shù)據(jù)進(jìn)行了交錯(cuò)。擬按照其他通信標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射的同樣的原始數(shù)據(jù)，例如語(yǔ)音數(shù)據(jù)，應(yīng)已按所述具體標(biāo)準(zhǔn)要求的方式進(jìn)行了處理。
在310輸入的數(shù)據(jù)由某種形式的微處理器320處理，例如數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)。微處理器320產(chǎn)生兩個(gè)輸出信號(hào)。第一信號(hào)330代表擬發(fā)射數(shù)據(jù)的振幅。第二信340代表擬發(fā)射數(shù)據(jù)的相位。產(chǎn)生這兩個(gè)信號(hào)時(shí)微處理器中的軟件還應(yīng)能使依賴于相位和/或振幅調(diào)制的任何調(diào)制方案均可以利用發(fā)射器300實(shí)現(xiàn)。這樣，發(fā)射器300可以被認(rèn)為是一個(gè)通用發(fā)射器，即可以用于各種不同的通信協(xié)議。
相位信號(hào)340在混頻器360中與具有傳輸頻率的信號(hào)370混頻。所得到的信號(hào)成為功率放大器380的輸入。或者，相位信號(hào)340可采取另一種格式，并可以用來(lái)控制頻率合成器(未示出)，以便產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)作為功率放大器380的輸入。在任一種情況下，所得信號(hào)中隨相位變化的成分都是從信號(hào)340導(dǎo)出的。
PA380放大其輸入信號(hào)，產(chǎn)生準(zhǔn)備發(fā)送的RF輸出信號(hào)400。實(shí)際上，該信號(hào)很可能要經(jīng)過(guò)一個(gè)或多個(gè)濾波器才到達(dá)天線。
從數(shù)字輸入信號(hào)310導(dǎo)出的振幅信號(hào)330用來(lái)產(chǎn)生提供給PA的電壓饋送信號(hào)390。要使電壓饋送信號(hào)390隨RF輸出信號(hào)的所需包絡(luò)而改變。這樣，PA的理論增益保持恒定，且改變加在PA380上的電壓就可獲得所得信號(hào)隨時(shí)間而變化的包絡(luò)。
對(duì)于每種受支持的調(diào)制，導(dǎo)出的振幅信號(hào)330和數(shù)字輸入信號(hào)310間的精確關(guān)系由經(jīng)驗(yàn)確定。在實(shí)際中，可以利用歷史數(shù)據(jù)(即在給定的當(dāng)前時(shí)間之前發(fā)生的數(shù)據(jù))來(lái)產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)330。
當(dāng)波形尾部衰減時(shí)，頻率域中理想的數(shù)字脈沖(即具有理想邊緣的脈沖)對(duì)應(yīng)于時(shí)間域中具有無(wú)限脈沖寬度的脈沖。為了表示這樣一種脈沖，時(shí)間域的表示必須截?cái)?。波形截?cái)帱c(diǎn)可以根據(jù)幾個(gè)因素確定，例如可利用的處理功率或存放歷史數(shù)據(jù)的查閱表的大小等。
截?cái)嗟膬粜Ч撬紤]的數(shù)據(jù)的當(dāng)前值只能從有限數(shù)量的以前值導(dǎo)出。例如，如果T是符號(hào)/位周期，你決定在4T處截?cái)啵瑒t歷史(即以前數(shù)據(jù)位對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)位的影響)持續(xù)時(shí)間為4T。這就是說(shuō)，以前3位的波形尾部疊加在當(dāng)前位上，且對(duì)于每個(gè)位都有24可能性。
所以，數(shù)字信號(hào)330可以由歷史數(shù)據(jù)查閱表以及知道了當(dāng)前位的數(shù)值而有效地計(jì)算出來(lái)。不同的調(diào)制方案會(huì)各自產(chǎn)生結(jié)構(gòu)不同的信號(hào)330。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，信號(hào)330采取了一種脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)的形式。這種信號(hào)具有隨時(shí)間而改變的占空比并且可以用來(lái)控制向功率放大器380供電的開(kāi)關(guān)350。
信號(hào)330也可設(shè)想為除PWM外的其他數(shù)字信號(hào)形式，PWM僅作為示例而已。
合適形式的開(kāi)關(guān)350可以是一個(gè)開(kāi)關(guān)調(diào)制器--所謂s-級(jí)調(diào)制器。開(kāi)關(guān)調(diào)制器或放大器能提供比某些其他形式的調(diào)制器或放大器更具優(yōu)勢(shì)的效率。
一個(gè)特別的優(yōu)選實(shí)施例使用了一種稱為“H-橋”(H-Bridge)的開(kāi)關(guān)電路來(lái)產(chǎn)生提供給PA 380的電壓饋送信號(hào)390。
這種裝置示于圖3。H-Bridge 500本身含有4個(gè)開(kāi)關(guān)元件530，540，550，560，最好是具有低“導(dǎo)通”電阻的晶體管。場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)特別適合此任務(wù)。
晶體管成對(duì)配置，通過(guò)在任一給定時(shí)間控制哪一對(duì)晶體管導(dǎo)通，就可以產(chǎn)生在兩個(gè)電壓極值之間變化的偽數(shù)字波形。
這種方案需要兩個(gè)控制信號(hào)510和520。建議考慮一個(gè)控制信號(hào)是控制PA“充電”的信號(hào)。而另一信號(hào)控制PA的“放電”。這樣用兩個(gè)信號(hào)，而不是用單一的控制信號(hào)來(lái)轉(zhuǎn)換PA的接通和斷開(kāi)，就可能達(dá)到更高的能量效率。這是因?yàn)椴辉试SPA充電后自然衰減一這種自然衰減很浪費(fèi)能量。它由第二個(gè)控制信號(hào)強(qiáng)迫放電，確保能量不因衰減過(guò)程而浪費(fèi)掉。充電和放電信號(hào)可以理解為類似汽車(chē)中的加速器和剎車(chē)踏板。剎車(chē)保證的是其響應(yīng)不僅是衰減，而是按需要減速制動(dòng)。
代替圖2中單一控制信號(hào)330的兩個(gè)控制信號(hào)510和520在H-Bridge 500中由解碼器570接收。解碼器可以工作以產(chǎn)生控制信號(hào)來(lái)接通或斷開(kāi)晶體管對(duì)540和550、530和560。
每一對(duì)晶體管中的各晶體管總是一起工作的，如解碼器570發(fā)出的控制信號(hào)所示。連接到540和550的點(diǎn)線代表相同的信號(hào)，連接到530和560的虛線也代表相同的信號(hào)。
開(kāi)關(guān)電路350的輸出由在兩個(gè)固定點(diǎn)--+V和-V(或地電位)具有穩(wěn)定值的方波信號(hào)組成。在以H-橋?yàn)樘卣鞯膶?shí)施例中，輸出類似。
這樣一種開(kāi)關(guān)的輸出信號(hào)為開(kāi)關(guān)電路350的工作提供一種有效的工作模式，從而提高了發(fā)射器的總功率效率。
圖中示出H橋的輸出饋入包絡(luò)重建濾波器580。濾波器的作用是從H橋的輸出中消除取樣噪聲，并輸出平滑的AM信號(hào)590和595，向PA的兩條電源線提供功率。
在本發(fā)明的H-橋?qū)嵤├?，信?hào)590和595代替了圖2的信號(hào)390。
由于開(kāi)關(guān)350以對(duì)功率有效的模式工作，也以開(kāi)關(guān)模式使PA380工作，就可獲得對(duì)發(fā)射器總效率的最大影響。
先有技術(shù)的PA一般以線性方式工作，如上所述，其效率是非常低的。由于發(fā)自PA的信號(hào)400的振幅由信號(hào)390所控制，而不是靠改變PA的增益來(lái)控制，就可使PA工作在開(kāi)關(guān)模式，同樣得到功率效率高的增益。
可以允許加到PA的RF輸入信號(hào)將所述PA過(guò)激勵(lì)，即允許它以飽和模式工作，有效地作為一個(gè)開(kāi)關(guān)，可以確信構(gòu)成編碼信號(hào)一部分的振幅信息已靠改變提供給PA的電壓饋送信號(hào)390而施加到最終信號(hào)400上。
本發(fā)明包括此處明確公開(kāi)的任何新穎特征或特征組合或其概括論述，不論其是否涉及發(fā)明的權(quán)利要求或是否解決了所提到的任何或全部問(wèn)題。
附件發(fā)明題目與連續(xù)可變電源(MEG算法)集成的高效PA模塊，高效管理系統(tǒng)解決方案解決的問(wèn)題描述解決本發(fā)明的問(wèn)題或需求。試圖識(shí)別所述問(wèn)題或需求最初是何時(shí)被識(shí)別的。什么情況導(dǎo)致所述問(wèn)題或需求，或所述問(wèn)題或需求是如何發(fā)展的。
我們的主要目的是尋求一種能使高效功率放大器(HEPA)為非恒定包絡(luò)(例如寬帶碼分多址(W-CDMA)以及GSM EDGE系統(tǒng))工作的技術(shù)。這些調(diào)制方案的功率附加效率據(jù)報(bào)告由于大的振幅調(diào)制分量而僅為百分之二十左右。與過(guò)去幾代的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)相比，這大大增加了電池的電流消耗，從而減少了這些電話的通話時(shí)間。
能提高效率的一個(gè)解決方案是將IQ調(diào)制的振幅和相位成分分離并在兩條通路上放大它們。有數(shù)種實(shí)際可行的方法，它們表明相位通路具有非常高效的放大。許多應(yīng)用在放大振幅通路時(shí)卻不能獲得同樣的效率。有數(shù)種已證實(shí)了的可選方案，例如Khan提出的包絡(luò)消除和恢復(fù)，以及Peter Asbech教授提出的利用HBT調(diào)制器的更為現(xiàn)代的解決方案。不斷有進(jìn)展，并開(kāi)發(fā)了更多的硬件，例如sigma delta功率密度調(diào)制器等。這就改善了AM通路的放大，但仍是一種能量的額外開(kāi)銷(xiāo)。
圖1示出具有振幅調(diào)制器的高效PA。難點(diǎn)在于在很寬的視頻帶寬內(nèi)非常有效地產(chǎn)生振幅調(diào)制。為有效恢復(fù)通話時(shí)間所需要的視頻放大器效率必須高于80％。放大器調(diào)制性能必須非常線性而且沒(méi)有噪聲。一般，利用常規(guī)的線性設(shè)計(jì)技術(shù)不可能同時(shí)具有線性和效率。這種線性視頻放大器的效率僅為很低的百分之二十左右。這種設(shè)計(jì)還需要大的散熱片，這就要降低對(duì)手持電話重量的要求。由于為滿足通話時(shí)間所需要的較大的電池，成本也會(huì)增加。
在將相位和振幅信息組合起來(lái)時(shí)還有其他的困難。首先振幅數(shù)據(jù)要求與相位通路相匹配的延遲，否則會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)訛誤。(這是Conexant作者的專利)。其次，調(diào)制電壓必須匹配相位通路電壓，否則就會(huì)導(dǎo)致調(diào)制幅度過(guò)大或不足的誤差。這兩條通路都要求表征和校正相位或振幅而不引入更多的交叉耦合誤差。即，AM到PM來(lái)自調(diào)制過(guò)程本身。校正誤差會(huì)耗盡效率增益，使現(xiàn)有節(jié)約效率方面的改進(jìn)毫無(wú)價(jià)值。
以前的解決方案就你所知，說(shuō)明在你之前別人如何解決此問(wèn)題。列舉在你解決該問(wèn)題之前人們?yōu)榻鉀Q該問(wèn)題所做努力的專利，發(fā)表的文章，原有的產(chǎn)品等。
以前的系統(tǒng)使用非常低的調(diào)制數(shù)據(jù)速率(千比特)，可允許進(jìn)行多種同時(shí)調(diào)制恢復(fù)解決方案。較老式的系統(tǒng)對(duì)通話時(shí)間不那么敏感，因?yàn)殡姵氐娜萘吭O(shè)計(jì)較大。由于元件開(kāi)關(guān)速度的技術(shù)問(wèn)題，類似的解決方案對(duì)EDGE或WCDMA而言不起作用。利用線性放大沒(méi)有效率方面的優(yōu)越性。所有老的解決方案都需要在高于5V的供電電壓下調(diào)制PA集電極或消耗DC電源。PA必須是一個(gè)飽和放大器以獲得相位通路的高效率。效率取決于RF器件的Fmax，較老的技術(shù)的Fmax低于20GHz且工作在5V。組合的效率是飽和PA和線性調(diào)制器的乘積，且這些技術(shù)會(huì)將效率限制到使所作的改進(jìn)毫無(wú)價(jià)值。大多數(shù)系統(tǒng)采用模擬調(diào)制以得到較好的線性，而不考慮效率。
其它解決方案包絡(luò)跟蹤DC-DC變換器，功率DAC和AB級(jí)推挽視頻放大器是用來(lái)放大振幅信號(hào)的幾種方法?？梢允褂脝我坏姆糯笃髯鰽級(jí)工作以獲得最低的失真。這是將振幅能量傳送到RF放大器的效率最低的方法。包絡(luò)跟蹤常用來(lái)僅對(duì)DC電源作緩慢校正，如果在WCDMA芯片速率下調(diào)制就會(huì)不穩(wěn)定。
包絡(luò)跟蹤DC-DC變換器輸出調(diào)節(jié)讀出(sense)、電壓環(huán)路和增益，重新產(chǎn)生AM低位速調(diào)制功率。器件Fmax(見(jiàn)注1)限制了控制、環(huán)路和帶寬，因而不能超過(guò)調(diào)制速率，否則就會(huì)有失真或出現(xiàn)穩(wěn)定性問(wèn)題。
注1多數(shù)DC-DC變換器使用市售的，工業(yè)的MOS或BPT低頻開(kāi)關(guān)半導(dǎo)體技術(shù)。這種技術(shù)在上升時(shí)間上有困難，因?yàn)槠渌矐B(tài)截止頻率很低。
在一些DC-DC跟蹤變換器中，效率隨負(fù)載電流的減少而下降。對(duì)于我們的調(diào)制恢復(fù)技術(shù)的最佳系統(tǒng)效率來(lái)說(shuō)，這是不能令人滿意的，因?yàn)檫€有一個(gè)斷電控制規(guī)范。而且DC變換器可能需要一個(gè)大的鐵氧體磁芯電感將開(kāi)關(guān)功率轉(zhuǎn)換成包絡(luò)功率。鐵氧體磁芯則因鐵材料的天然磁滯和帶通特性而限制帶寬和控制字的響應(yīng)。
(圖2振幅調(diào)制DC-DC跟蹤RF變換器)功率數(shù)字-模擬變換器(PDAC)
數(shù)字-模擬解決方案利用數(shù)種脈沖格式能更有效地轉(zhuǎn)換能量。包絡(luò)可以被轉(zhuǎn)換成脈沖寬度；脈沖幅度；脈沖密度；脈沖位置或可以是上述全部的組合。大多數(shù)應(yīng)用都是為聲頻放大器帶寬而設(shè)計(jì)的。最終應(yīng)用需要將能量直接傳送到RF放大器。在數(shù)字處理后，最終的功率傳送可能需要AB級(jí)或A級(jí)放大。這就完成了相位和振幅數(shù)據(jù)的波形疊加(波形恢復(fù))。
Sigma Delta DAC方法基帶芯片產(chǎn)生初始振幅信號(hào)。所述信號(hào)用上述任一種格式轉(zhuǎn)換為雙極流。(脈沖密度被認(rèn)為是最有效的方法)。所述方法只是隨包絡(luò)的峰和谷增加脈沖的重復(fù)率。脈沖的極性，加或減，確定包絡(luò)的峰和谷。能夠以這種格式轉(zhuǎn)換振幅能量的DAC稱為Sigma Delta技術(shù)。這種方法的一個(gè)限制在于需要對(duì)模擬量用一位量化過(guò)程過(guò)度取樣(典型的是20次)。這就產(chǎn)生了帶外開(kāi)關(guān)噪聲。
圖3過(guò)度取樣的頻譜“A”或“AB”級(jí)調(diào)制器這是一種線性放大技術(shù)，無(wú)需多加解釋。它可能是一種非常專業(yè)化的放大器設(shè)計(jì)，因?yàn)樗ぷ鲿r(shí)需要非常寬的線性增益以及能通過(guò)振幅調(diào)制產(chǎn)品及其諧波成分的相位帶寬，這對(duì)于恢復(fù)過(guò)程的工作是至關(guān)重要的。線性相位和增益帶寬必須至少是高驅(qū)動(dòng)電流時(shí)3.84Mbit芯片速率的三倍。這是一項(xiàng)充滿了綜合折中的非常困難的工程任務(wù)。
解決方案同時(shí)波形恢復(fù)所述解決方案使用一種數(shù)字同時(shí)波形恢復(fù)技術(shù)。集成在PA中的能量管理器用來(lái)消除相位通道中的失真。為此，我們需要將設(shè)計(jì)與全包絡(luò)前饋，恢復(fù)應(yīng)用加以比較。主要的區(qū)別在于其方法是振幅調(diào)制直接從BB產(chǎn)生，沒(méi)有任何模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換。能量的處理方式可使PA用能量管理器以芯片調(diào)制速率充電和放電。兩個(gè)二進(jìn)制流MEG1和MEG2控制充電和放電。
MEG(調(diào)制能量增益)概念基帶從矩陣計(jì)算PA需要的能量并將其編碼為二進(jìn)制流MEG1。所述基帶還計(jì)算使PA放電所需的能量并將其編碼為第二個(gè)二進(jìn)制流MEG-2。能量管理電路安裝在PA組件上。MEG二進(jìn)制信號(hào)和能量管理解決方案相當(dāng)于一個(gè)用于PA的以芯片速率連續(xù)可變的電源。在PA的振幅調(diào)制期間在能量管理電路的全部電壓電平下效率保持恒定不變。
圖4以流程圖表示綜合上述概念的功能塊飽和PA相位調(diào)制的通路相位調(diào)制RF功率利用最有效的飽和RF放大器技術(shù)加以放大。這需要最新的具有至少40GHz Fmax的RF裝置技術(shù)。能量管理器連接到電池，向PA提供電源。能量管理器和PA之間的濾波器用作數(shù)字AM信號(hào)的重建濾波器。當(dāng)用于PA時(shí)，同時(shí)波形恢復(fù)技術(shù)消除了由相位調(diào)制產(chǎn)生的寬帶頻譜。數(shù)字能量管理器，MEG和飽和PA的組合應(yīng)用可以得到符合空中接口規(guī)范的高效率。一種在數(shù)字管理器中使MEG二進(jìn)制代碼適配AM能量的算法解決方案就是控制RF功率輸出動(dòng)態(tài)范圍所需要的全部。適配MEG的位模式，就可獲得所有調(diào)制格式的PA系統(tǒng)解決方案。
1.與以前解決方案的區(qū)別/優(yōu)勢(shì)用于模擬包絡(luò)的包絡(luò)功率轉(zhuǎn)換的并加有能量管理器的數(shù)字解碼驅(qū)動(dòng)器的外部Sigma Delta硬件被取消。這會(huì)是一個(gè)額外的功率開(kāi)銷(xiāo)。取而代之的是，基帶處理器產(chǎn)生兩個(gè)二進(jìn)制控制字。二進(jìn)制流的調(diào)制訓(xùn)練在基帶進(jìn)行，來(lái)校正相位和振幅通路中的失真。
將PA與能量管理器集成消除了PCB上一條功率損耗的通路。由于它們處于同一位置(組件)，對(duì)PA和濾波器而言就減少了2R的耗散。通過(guò)高阻抗線對(duì)能量管理器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)(MEG)。這有助于減少M(fèi)EG信號(hào)的輻射和對(duì)電話頻率計(jì)劃的干擾。
能量管理器和PA裝置均用同樣的最新微波半導(dǎo)體工藝制造。因此與系統(tǒng)調(diào)制速率(一般為4MHz)相關(guān)的能量管理器的瞬態(tài)開(kāi)關(guān)時(shí)間(Ft＝40GHz)可以導(dǎo)致非常高效的開(kāi)關(guān)。一般的能量管理器裝置的技術(shù)利用低頻半導(dǎo)體工藝。
可以導(dǎo)出能量管理器的二進(jìn)制MEG代碼的直接產(chǎn)生，它更接近調(diào)制發(fā)生源。即，系統(tǒng)不需存取IQ的調(diào)制數(shù)字格式并轉(zhuǎn)換這些格式。于是降低了DSP功率開(kāi)銷(xiāo)，減少了帶寬，并產(chǎn)生MEG二進(jìn)制格式，這和從Sigma Delta調(diào)制過(guò)程來(lái)編碼雙極功率密度信號(hào)是不同的。
也不再需要基帶附加元件來(lái)轉(zhuǎn)化濾波的IQ為所需的恒定包絡(luò)格式。所有這類硬件都會(huì)需要能量。
2.創(chuàng)新?tīng)顟B(tài)與上述同等重要的是我們的共-模擬平臺(tái)在存儲(chǔ)器中建造一個(gè)連續(xù)可變電源的行為模型。MEG調(diào)制技術(shù)具有獨(dú)特的新算法設(shè)計(jì)。硬件正在建造中以體現(xiàn)所述技術(shù)和訓(xùn)練MEG。AO正處于待批過(guò)程中。
3.用所述創(chuàng)新的程序產(chǎn)品這是用于2003年的EDGE 2硬件的非常具有戰(zhàn)略意義的解決方案。
權(quán)利要求
1.一種用于調(diào)制具有輸入數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流的RF載波信號(hào)的發(fā)射器，它包括處理器，用來(lái)產(chǎn)生表征所述輸入數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流的數(shù)字相位信號(hào)和數(shù)字振幅信號(hào)；信號(hào)發(fā)生器，用來(lái)產(chǎn)生具有由所產(chǎn)生的數(shù)字相位信號(hào)定義的相位特性的RF載波信號(hào)，放大器，用來(lái)接收所述RF載波信號(hào)作為輸入信號(hào)；以及雙電平開(kāi)關(guān)電路，它對(duì)所產(chǎn)生的數(shù)字振幅信號(hào)作出響應(yīng)而在兩個(gè)電平之間轉(zhuǎn)換，以產(chǎn)生用于向放大器供電的電壓信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其特征在于所述開(kāi)關(guān)電路是H-橋電路。
3.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的發(fā)射器，其特征在于所述數(shù)字振幅信號(hào)包括用于控制所述開(kāi)關(guān)電路的多個(gè)編碼數(shù)據(jù)流。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)射器，其特征在于所述多個(gè)編碼數(shù)據(jù)流包括用于控制放大器放電的第一編碼數(shù)據(jù)流和用于控制放大器放電的第二編碼數(shù)據(jù)流。
5.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的發(fā)射器，其特征在于所述數(shù)字振幅信號(hào)是脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)。
6.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的發(fā)射器，其特征在于所述產(chǎn)生的數(shù)字振幅信號(hào)包括振幅信息。
7.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的發(fā)射器，其特征在于所述產(chǎn)生的數(shù)字相位信號(hào)包括相位信息。
8.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的發(fā)射器，其特征在于所述放大器配置成以開(kāi)關(guān)模式工作。
9.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的發(fā)射器，其特征在于所述信號(hào)發(fā)生器是頻率合成器。
10.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的發(fā)射器，其特征在于所述開(kāi)關(guān)電路包括其輸出端的重建濾波器。
11.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的發(fā)射器，其特征在于用于產(chǎn)生數(shù)字相位信號(hào)的所述處理器是“相位引擎”。
12.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的發(fā)射器，其特征在于用于產(chǎn)生數(shù)字振幅信號(hào)的所述處理器是“振幅引擎”。
13.如上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)所述的發(fā)射器，其特征在于所述數(shù)字振幅信號(hào)是MEG(調(diào)制能量增益)信號(hào)。
14.一種操作適合于調(diào)制具有輸入數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流的RF載波信號(hào)的發(fā)射器的方法，它包括以下步驟從數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流產(chǎn)生表征所述輸入數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流的數(shù)字相位信號(hào)和數(shù)字振幅信號(hào)；產(chǎn)生具有由所述數(shù)字相位信號(hào)定義的相位特性的RF載波信號(hào)；將所述RF載波信號(hào)傳送到RF放大器；對(duì)所述數(shù)字振幅信號(hào)作出響應(yīng)，使雙電平開(kāi)關(guān)電路在兩個(gè)電平之間轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生電壓饋送信號(hào)；以及將所述電壓饋送信號(hào)加到所述放大器的電源輸入端。
全文摘要
公開(kāi)了一種用于調(diào)制具有輸入數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流的RF載波信號(hào)的發(fā)射器。所述發(fā)射器具有處理器，用來(lái)產(chǎn)生表征所述輸入數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流的數(shù)字相位信號(hào)和數(shù)字振幅信號(hào)；信號(hào)發(fā)生器，用來(lái)產(chǎn)生具有由所產(chǎn)生的數(shù)字相位信號(hào)定義的相位特性的RF載波信號(hào)；放大器，用來(lái)接收所述RF載波信號(hào)作為輸入信號(hào)；以及雙電平開(kāi)關(guān)電路，它對(duì)所產(chǎn)生的數(shù)字振幅信號(hào)作出響應(yīng)而在兩個(gè)電平之間轉(zhuǎn)換，以產(chǎn)生用于向放大器供電的電壓信號(hào)。
文檔編號(hào)H04L27/36GK1446424SQ01813812
公開(kāi)日2003年10月1日 申請(qǐng)日期2001年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月13日
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