專利名稱：動(dòng)態(tài)偏置放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子放大器，特別涉及用于通信設(shè)備中的動(dòng)態(tài)偏置放大器。
在通信設(shè)備中，例如在電池驅(qū)動(dòng)的雙向便攜式無(wú)線電設(shè)備中，非常需要具有高工作效率、低漏電流特性的功率放大器。這是因?yàn)楸銛y式無(wú)線電設(shè)備中的電池容量有限，而且使用者迫切需要長(zhǎng)時(shí)間使用無(wú)線電設(shè)備而不必給電池充電。由于用于無(wú)線電設(shè)備中的功率放大器是設(shè)備中主要的耗電器件，因此在無(wú)線電設(shè)備的設(shè)計(jì)中一直需要高效率的功率放大器。遺憾的是，顯示高效率的“乙類”功率放大器往往會(huì)出現(xiàn)鄰道頻率干擾問(wèn)題，這是由于乙類放大器導(dǎo)通很快(只要加在放大器上的輸入信號(hào)足夠高，就能夠偏置放大器)。放大器的這種高速通斷使不希望的諧波被傳送出去。由于發(fā)射器的高速動(dòng)作加重了諧波問(wèn)題，這使不需要的諧波在時(shí)分多路復(fù)用(TDM)通信設(shè)備中成為一個(gè)問(wèn)題。頻率干擾不僅干擾發(fā)送信號(hào)，而且在對(duì)于滿足多數(shù)國(guó)家對(duì)通信設(shè)備的限制性規(guī)定，如FCC，方面帶來(lái)問(wèn)題。
能獲得高效率并且有最小頻率干擾的高效放大電路在通信設(shè)備特別是TDM設(shè)備的應(yīng)用中特別有用。一種能具有乙類放大器或其它高效放大器的高效放大器特性的并具有甲類放大器(或類似低干擾類放大器)的低干擾性的偏置電路在減少有關(guān)鄰道頻率干擾問(wèn)題方面特別有益。
因此，本發(fā)明公開了一種能調(diào)節(jié)其偏置電平的放大器。該放大器包括至少一個(gè)接收輸入信號(hào)并提供輸出信號(hào)的放大級(jí)，還有一個(gè)與至少一個(gè)放大級(jí)耦合的控制裝置，用于調(diào)整放大器的偏置電平。另一方面，本發(fā)明的放大器交替地在兩種偏置電平下工作。它在第一種電平下基本上以線性方式工作，在第二種電平下基本上以非線性方式工作。
本發(fā)明還公開了一種無(wú)線電設(shè)備，其發(fā)射器具有一個(gè)能夠調(diào)整其偏置電平的放大器，本發(fā)明的另一方面，無(wú)線電設(shè)備是一TDM無(wú)線電設(shè)備。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的放大器電路圖;
圖2是圖1放大器控制信號(hào)的時(shí)序圖;
圖3是根據(jù)本發(fā)明的無(wú)線電設(shè)備的示意圖;
圖4是圖1放大器典型偏置序列的流程圖。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的放大器電路100電路100包括一個(gè)最好是如在無(wú)線電通訊中所用的射頻功率放大器的放大器102。雖然最佳實(shí)施例是以射頻(RF)放大器為例說(shuō)明的，其它類型的放大電路，例如用于音響，電力設(shè)備中的放大器也可利用本發(fā)明的方法來(lái)實(shí)施。與放大器102的輸入端耦合的是帶通濾波器104，用于在射頻信號(hào)到達(dá)末級(jí)放大器102之前對(duì)其進(jìn)行濾波。電路100最好包括一個(gè)前置放大器106，如在雙向無(wú)線電設(shè)備中常用的前置放大器，前置放大器106的輸出耦合到濾波器104，并且主要用于增加加到放大器102上的射頻信號(hào)的增益。前置放大器的輸入端也有一濾波器108，用以減小或防止不需要的信號(hào)進(jìn)入前置放大器106。與濾波器108耦合的是一混頻器110，它將發(fā)射機(jī)前端產(chǎn)生的射頻信號(hào)(RF)與本地振蕩信號(hào)(LO)混頻，混頻信號(hào)輸出加到濾波器108的輸入端。
電路100還包括一個(gè)控制裝置如控制器118，控制裝置可以是任何一種可得到的微處理器或微控制器，如MC68HC11A8型微控制器，它具有片載存貯器，控制電路，計(jì)時(shí)電路等。控制器118也可利用本領(lǐng)域公知的分立或集成電路設(shè)計(jì)。控制器118中的計(jì)時(shí)裝置確定何時(shí)改變前置放大器106和放大器102的偏置狀態(tài)以把從射頻放大器102發(fā)身出的不需要的射頻干擾減至最小。控制器118的輸出線122(圖中標(biāo)為DELTA-BIAS)通過(guò)串聯(lián)電阻114與放大器102相連。DELTA BIAS線122主要用于改變放大器102的偏置電平，方法是通過(guò)控制提供給放大器102的電流量來(lái)修正偏置電平。另一輸出線124(圖中標(biāo)為TX-EN線)與一積分器112相連，積分器112與前置放大器106相連，并通過(guò)串聯(lián)電阻116與放大器102相連。串聯(lián)電阻116和114被設(shè)計(jì)成能限制從輸出線124和122流至放大器102的電流以偏置這兩器件。積分器112用于從通過(guò)線124(標(biāo)為TX-EN)輸出的信號(hào)中產(chǎn)生一隨時(shí)間變化的斜波函數(shù)(增加或減小電流驅(qū)動(dòng)電平)。增加(或減小)的偏置電流(TX-EN RAMP)流入前置放大器106和放大器102以便適應(yīng)兩器件的偏置包括前置放大器106，放大器102和其它相關(guān)元件的部分稱為增量(delta)偏置部分120。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的時(shí)序圖。最上面的TX EN計(jì)時(shí)線示出了當(dāng)無(wú)線電設(shè)備300(示于圖3)發(fā)射時(shí)(信號(hào)高)的時(shí)間周期。在本實(shí)施例中，發(fā)送長(zhǎng)度約為965微秒。在最佳實(shí)施例中，無(wú)線電設(shè)備300是一時(shí)分多路復(fù)用TDM無(wú)線電設(shè)備，由于其高發(fā)送占空比，本發(fā)明帶來(lái)的好處完全適用于這種設(shè)備。第二條計(jì)時(shí)線RX EN示出了無(wú)線電設(shè)備300接收信息時(shí)(信號(hào)高)及不接收信息時(shí)(信號(hào)低)的時(shí)間周期，不接收信息的時(shí)間約為1毫秒。當(dāng)RX EN低時(shí)，混頻器110導(dǎo)通，通過(guò)濾波器108輸出低電平射頻信號(hào)至前置放大器的輸入端，射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)在TN-EN RAMP偏置電平使前置放大器106導(dǎo)通前出現(xiàn)在其輸入端。
第三條計(jì)時(shí)線是DELTA偏置線，它是通過(guò)控制器118加到放大器102上的偏置電平的時(shí)序圖，圖中可看出，DELTA偏置電平隨無(wú)線電設(shè)備300接收信息完畢而變高約30微秒。由于接收和發(fā)送信息信號(hào)間的時(shí)間是5微秒，在放大器102開始發(fā)送射頻信號(hào)之前，加到放大器102上的偏置電平將處于DELTA偏置電平(第一偏置電平)。DELTA偏置信號(hào)高的時(shí)間間隔是第一偏置電平，在放大器102開始工作前將其偏置到第一偏置電平，鄰道頻率干擾被減至最小，這是由于第一偏置電平使放大器102處于基本線性工作的狀態(tài)。這類似于將放大器102置于傳統(tǒng)的甲類工作狀態(tài)成其它線性工作狀態(tài)。由于甲類放大器具有導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生低諧波的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)無(wú)線電設(shè)備300開始發(fā)送信息時(shí)，鄰道頻率干擾被控制到最小。在無(wú)線電設(shè)備300開始發(fā)送信息的同時(shí)，來(lái)自控制器118的第二輸出線124開始將積分器112(TX-EN RAMP)產(chǎn)生的第二偏置電平加到前置放大器106和放大器102上。積分器112(圖1)將偏置電平變成圖2所示的斜波函數(shù)。通過(guò)在前置放大器106上加一個(gè)緩慢上升的偏置電平，加到放大器102上的輸入信號(hào)電平逐漸上升，從而進(jìn)一步減小了放大器102的輸出鄰道干擾，當(dāng)TE-XE RAMP達(dá)到大約恒定電平(第二偏置電平)時(shí)，在30微秒時(shí)間區(qū)間結(jié)束后，第一偏置電平(DELTA-BIAS)時(shí)間間隔的值已下降。由于第一和第二偏置線(DELTA BIAS和TX-EN RAMP)都與放大器102相連，在增量偏置結(jié)束后此放大器只剩下第二偏置電平。選擇這電平是為了使放大器102處于基本上非線性的工作模式。通過(guò)使放大器102處于非線性模式或高效模式，在鄰道頻率干擾被壓至最小時(shí)(放大器102脫離瞬態(tài)導(dǎo)通狀態(tài)并開始發(fā)射時(shí))，最大限度地節(jié)約了電流，偏置在第二偏置電平時(shí)，放大器102象一個(gè)乙類放大器那樣工作，其偏置電平由加到其上的射頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)所確定。放大器102保持在第二偏置電平下，直到無(wú)線電設(shè)備300完成其發(fā)送(TX EN下降)，在此時(shí)，第一偏置電平(DELTA-BIAS)上升使放大器102回到基本上線性的工作狀態(tài)。同時(shí)，第二偏置電平緩慢下降，進(jìn)一步減小與放大器102關(guān)斷相關(guān)的鄰道頻率干擾問(wèn)題。在一個(gè)TDM無(wú)線電設(shè)備中，如無(wú)線電設(shè)備300中，這些動(dòng)態(tài)偏置電平的變化有助于減少放大器102可能產(chǎn)生的大量諧波。在放大器工作的瞬態(tài)期間改變偏置電平的概念可用于任何頻率或失真問(wèn)題與瞬態(tài)工作有關(guān)的放大器。雖然示出了特定的時(shí)間間隔，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解，這些間隔可根據(jù)特定的設(shè)計(jì)要求而修改，正如偏置電平間的關(guān)系也可以調(diào)整以在總體設(shè)計(jì)中取得特定的結(jié)果。
圖3示出了一臺(tái)無(wú)線電設(shè)備300，最好是本領(lǐng)域公知的那種TDM無(wú)線電設(shè)備。無(wú)線電設(shè)備300包括一臺(tái)用于接收信息信號(hào)的接收器306和一臺(tái)用于發(fā)送信息的發(fā)送器312。發(fā)送器312包括上面已說(shuō)明的增量偏置的放大器部分120，發(fā)送器312的一部分是314，它作為平衡電路，構(gòu)成傳統(tǒng)的射頻發(fā)送器312。接收器306和發(fā)送器312通過(guò)天線開關(guān)304有選擇地與天線302耦合。一揚(yáng)聲器308與接收器306相連以表現(xiàn)接收器306收到的音頻信號(hào)。話筒310與發(fā)送器312相連，使聲音信息通過(guò)發(fā)送器312發(fā)送出去。無(wú)線電設(shè)備300也能傳送數(shù)據(jù)，傳送(聲音/數(shù)據(jù))的方法取決于無(wú)線電設(shè)備300的應(yīng)用目的。
控制器或控制裝置118與接收器306和發(fā)送器312二者耦合，并控制這兩個(gè)器件的工作。在一TDM無(wú)線電設(shè)備中，例如無(wú)線電設(shè)備300中，控制器控制無(wú)線電設(shè)備何時(shí)接收和發(fā)送信號(hào)。為了本發(fā)明的目的，控制器118控制增量偏置放大器部分120中放大器的偏置。通過(guò)準(zhǔn)確了解無(wú)線電設(shè)備300何時(shí)發(fā)送和接收，控制器118決定何時(shí)改變放大器的偏置電平，特別是放大器102的偏置電平?？刂破?18首先將放大器102偏置于第一偏置電平，并在需要時(shí)將放大器的偏置變?yōu)榈诙秒娖剑刂破?18也可包括電流驅(qū)動(dòng)電路以便驅(qū)動(dòng)所需的電流(第一偏置電平)到偏置放大器102。
圖4示出了放大器典型偏置序列流程圖。在步驟402，控制器118確定接收器306是否已完成接收，如果是，控制器118通過(guò)線122發(fā)送一個(gè)第一偏置電平(DELTA-BIAS)持續(xù)預(yù)定的時(shí)間間隔，在此例中，所用時(shí)間間隔是30微秒，但根據(jù)無(wú)線電設(shè)備及所用的通訊模式改變的不同也可改變此時(shí)間間隔，通過(guò)將DELTA BIAS或第一偏置電平減小到一個(gè)很短的持續(xù)時(shí)間，放大器102在導(dǎo)通進(jìn)入工作狀態(tài)期間獲得了基本上線性工作的優(yōu)點(diǎn)，而驅(qū)動(dòng)放大器102的總漏電流被減至最小。
在步驟406，控制器118確定發(fā)送器是否已開始工作，在此實(shí)施例中，控制器將獲知在接收器完成接收后發(fā)送器將開始發(fā)送信號(hào)5微秒，一旦它確定無(wú)線電設(shè)備300已開始發(fā)送信息，就啟動(dòng)第二偏置線124(TX-EN)，該線傳送一個(gè)偏置給積分器112，積分器112產(chǎn)生一個(gè)正斜偏置(TX-EN RAMP)給放大器102和前置放大器106(步驟408)。約25微秒后，一旦TX EN RAMP達(dá)到基本上恒定的電平(指第二偏置電平)，DELTA偏置的時(shí)間間隔即結(jié)束，在這一點(diǎn)，前置放大器106和放大器102在傳送周期的剩余部分工作在第二偏置電平。在步驟410，控制器確定無(wú)線電設(shè)備300是否已完成發(fā)送，如果是，在步驟412發(fā)送另一個(gè)第一偏置電平(DELTA BIAS)給放大器102，以便使放大器102在關(guān)斷(完成發(fā)送)期間的預(yù)定時(shí)間間隔(30微秒)處于基本上線性的模式中。大約同時(shí)，第二偏置電平以負(fù)斜電平形式下降，這是由積分器112利用來(lái)自控制器118輸出線124的信號(hào)進(jìn)行的。這一步驟一旦完成，整個(gè)周期重復(fù)，放大器的偏置電平在傳送前并且在傳送程序完成前被改變。
正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所能看出的那樣，本發(fā)明解決了由于放大器的快速通斷造成的低漏電流的放大器(例如乙類、丙類、戌類)設(shè)計(jì)中所具有的鄰道頻率干擾問(wèn)題，通過(guò)使放大器102在臨界導(dǎo)通關(guān)斷期間(瞬態(tài))處于基本上線性的工作模式(基本上是甲類工作狀態(tài)或其它線性工作狀態(tài))，鄰道頻率干擾被降至最小。由于與整個(gè)傳送周期相比放大器處于第一偏置狀態(tài)(DELIA BIAS)的時(shí)間很短，使放大器102處于線性狀態(tài)所消耗的附加電流非常小，所花的代價(jià)是值得的，因?yàn)橛泻Φ泥彽李l率干擾(諧波)大大地被減少了。由于沒(méi)有給放大器增加附加的輸出濾波，而減少了鄰道頻率干擾，其它方面的節(jié)省也實(shí)現(xiàn)了，因?yàn)楦郊拥妮敵鰹V波不僅增加無(wú)線電300的造價(jià)，而且也占據(jù)寶貴的空間。
雖然結(jié)合具體實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明，但很明顯，本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然可根據(jù)上述說(shuō)明做出各種變化，修改和改進(jìn)。因此，本發(fā)明將包括所有落入所附權(quán)利要求書范圍和精神內(nèi)的變化，修改和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種放大器，其特征在于至少一個(gè)放大級(jí)，用于接收輸入信號(hào)并提供輸出信號(hào)；與所述至少一個(gè)放大級(jí)耦合的控制裝置，用于將所述至少一個(gè)放大級(jí)預(yù)置于第一偏置電平，并調(diào)節(jié)至少一個(gè)放大級(jí)使其工作于第二電平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器，其中所述至少一個(gè)放大級(jí)在第一偏置電平時(shí)以基本上線性的模式工作，在第二偏置電平時(shí)，基本上非線必的模式工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的放大器，其中所述至少一個(gè)放大級(jí)被偏置在第一偏置狀態(tài)時(shí)在基本上為甲類的工作狀態(tài)下工作，被偏置在第二偏置狀態(tài)時(shí)，在基本上為乙類的工作狀態(tài)下工作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器，其中所述的至少一個(gè)放大級(jí)在提供輸出信號(hào)前的一預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)被預(yù)置于第一偏置電平。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的放大器，其中控制裝置使所述至少一個(gè)放大級(jí)處于第一偏置電平的預(yù)定時(shí)間結(jié)束工作于第二偏置電平，并且只要所述至少一個(gè)放大級(jí)提供輸出信號(hào)就將其維持在第二偏置電平。
6.一種放大器，其特征在于至少一個(gè)放大級(jí)，用于接收輸入信號(hào)并提供輸出信號(hào);與至少一個(gè)放大級(jí)耦合的控制裝置，用于在所述至少一個(gè)放大級(jí)提供輸出信號(hào)前及提供輸出信號(hào)后的一段預(yù)定時(shí)間后，使所述放大器工作于第一偏電平，用于在所述至少一個(gè)放大級(jí)開始提供輸出信號(hào)后使其工作在第二偏置電平，并且還用于在所述至少一個(gè)放大級(jí)不再提供輸出信號(hào)后立即將其重新至于第一偏置電平一預(yù)定時(shí)間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的放大器，其中所述至少一個(gè)放大級(jí)在第一偏置狀態(tài)工作于基本上線性的模式，在第二偏置狀態(tài)工作于基本上非線性模式。
8.一種能傳送信息的無(wú)線電設(shè)備包括一個(gè)具有放大器的發(fā)送器;一與所述放大器耦合的控制裝置，用于將所述放大器預(yù)置于第一偏置電平，并使所述至少一個(gè)放大級(jí)工作于第二偏置電平。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無(wú)線電設(shè)備，其中所述控制裝置在無(wú)線電設(shè)備開始傳送信息前將其預(yù)置于第一偏置狀態(tài)，控制裝置還在無(wú)線電設(shè)備開始傳送信息時(shí)，使放大器處于第一偏置狀態(tài)一段預(yù)定時(shí)間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的無(wú)線電設(shè)備，其中所述控制裝置在所述放大器已處于第一偏置電平一段預(yù)定時(shí)間以后將其置于第二電平。
全文摘要
本發(fā)明是一種能被動(dòng)態(tài)偏置的放大器(102)，一控制器118確定何時(shí)改變放大器(102)的偏置，以獲得低的鄰道頻率干擾。這里通過(guò)將放大器(102)的偏置電平在基本上線性(甲類)和基本上非線性(乙類)工作模式中間改變而實(shí)現(xiàn)的。在放大器進(jìn)入和脫離工作狀態(tài)的臨界時(shí)間，使放大器102處于基本上線性的工作模式，從而減小產(chǎn)生的輸出諧波。本發(fā)明的另一方面是公開了一種使用動(dòng)態(tài)偏置放大器(102)的無(wú)線電設(shè)備300。
文檔編號(hào)H04W28/04GK1062816SQ91108019
公開日1992年7月15日 申請(qǐng)日期1991年12月16日 優(yōu)先權(quán)日1990年12月17日
發(fā)明者威廉·J·馬丁 申請(qǐng)人:莫托羅拉公司