專利名稱：效率自適應(yīng)調(diào)整的功率放大器及其實(shí)現(xiàn)方法
效率自適應(yīng)調(diào)整的功率放大器及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動(dòng)通信系統(tǒng)中功率;^文大器的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種效率 自適應(yīng)調(diào)整的功率放大器及其實(shí)現(xiàn)方法。技術(shù)背景近年來，隨著3G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模建設(shè)，為了降低CAPEX (設(shè)備投資)和 OPEX (運(yùn)營成本)，功率放大器效率的提高越來越成為運(yùn)營商關(guān)注的焦點(diǎn)。 功率放大器的核心問題是線性化和高效率，因此，新一代功率放大器線性化 技術(shù)數(shù)字預(yù)失真(DPD)技術(shù)得到了極大的發(fā)展。而增強(qiáng)效率的技術(shù)發(fā)展相 對(duì)比較滯后，可以提高功率放大器效率的技術(shù)常見的有Doherty技術(shù)、包 絡(luò)跟蹤(Envelope tracking )、 包絡(luò)消除再生寸支術(shù)(Envelope elimination restoration )、 自適應(yīng)偏置技術(shù)(adaptive bias)、峰值減小技術(shù)(Crest factor reduction)等。更高的效率不僅能夠?yàn)檫\(yùn)營商節(jié)省電費(fèi)，還能節(jié)省電源等配 套設(shè)施的投資，而且由于生產(chǎn)工藝的簡化，降低了整機(jī)散熱的要求，增加設(shè) 備穩(wěn)定性，使網(wǎng)絡(luò)性能更好。在功率放大器中，功率管的柵壓作為一個(gè)可控制參數(shù)，它對(duì)功率;^文大器 的效率起著舉足輕重的作用。目前常見的柵壓控制技術(shù)主要有兩種第一種柵壓控制技術(shù)采用的方案是在功率》文大器最大輸出功率處，調(diào) 整柵壓，使功率放大器效率達(dá)到最大，并固定該;敗壓值。在這種技術(shù)中，固 定的柵壓值只保證了功率放大器在最大輸出功率處效率最高，但是當(dāng)功率放 大器輸出功率減小時(shí)，效率會(huì)很快降低。而功率;^文大器在實(shí)際工程應(yīng)用中， 功率放大器大部分工作時(shí)間在低輸出功率處，這就導(dǎo)致了功率放大器在低輸 出功率時(shí)，浪費(fèi)了大量的能源。第二種柵壓控制技術(shù)采用的方案是如圖l所示的原理圖中，功率放大器的柵壓控制電路釆用模擬電路搭建，使功率放大器中末級(jí)功放管的柵壓值 隨著推動(dòng)級(jí)功放管電流的變化而變化，從而自適應(yīng)提高功率放大器低輸出功率處效率。這種方法中，采用和推動(dòng)級(jí)功放管電流有關(guān)的柵壓控制電路，雖 然提高了功率放大器在低輸出功率時(shí)效率，但是由于采用純硬件的4冊(cè)壓控制 電路，會(huì)導(dǎo)致功率放大器中末級(jí)功放管增益發(fā)生4艮大的波動(dòng)，不能夠增益補(bǔ) 償，而為了使增益波動(dòng)滿足系統(tǒng)指標(biāo)，就必須犧牲功率放大器效率，因此效 率提高有限。另外，另外一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是實(shí)際工程使用中，末級(jí)功放管的柵壓 值會(huì)隨著溫度的變化而發(fā)生比較大的變化，如果采用圖l電路，就不能夠彌 補(bǔ)由于溫度的變化而帶來的柵壓值的變化，從而降低功率放大器整體性能。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的第一目的就是要克服上述兩種柵壓控制技術(shù)的不足，提高功率 放大器的整體效率，而提出一種效率自適應(yīng)調(diào)整的功率放大器，同時(shí)，也作 為本發(fā)明的第二目的，提供一種自適應(yīng)調(diào)整功率放大器效率的方法。為實(shí)現(xiàn)所述第一目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明效率自適應(yīng)調(diào)整的功率放大器，包括級(jí)聯(lián)的至少兩級(jí)功放管，各 級(jí)功放管依次對(duì)信號(hào)進(jìn)行推進(jìn)放大，該功率放大器還包括電流檢測電路，用于從首級(jí)的功放管中提取與所輸出的電流值； 控制模塊，對(duì)應(yīng)所述電流值計(jì)算出至少一個(gè)功放管中將要進(jìn)行重設(shè)的柵極電壓值，依據(jù)該柵極電壓值在相應(yīng)的功放管的4冊(cè)極施加電壓。所述控制模塊存儲(chǔ)至少 一 個(gè)主映射關(guān)系表格，該主映射關(guān)系表格表征所迷電流值與至少一個(gè)功放管的將要進(jìn)行重設(shè)的柵極電壓值之間的映射關(guān)系，供直4妄對(duì)應(yīng)電流值使用柵極電壓值。所述控制模塊存儲(chǔ)的主映射關(guān)系表格的個(gè)數(shù)與功放管的級(jí)數(shù)相等，主映射關(guān)系表格表征所述電流值與其中 一個(gè)功放管的將要進(jìn)行重設(shè)的柵極電壓值之間的映射關(guān)系。所述控制模塊與至少一個(gè)功放管之間串接有控制接口電路，該控制接口 電路對(duì)控制模塊所輸出的電壓實(shí)施穩(wěn)壓和整型，以便輸出穩(wěn)定的電壓至相應(yīng) 的功放管。該功率放大器還包括增益補(bǔ)償電路，該控制模塊根據(jù)所述電流值計(jì)算出 增益補(bǔ)償值，該增益補(bǔ)償電路依據(jù)該增益補(bǔ)償值對(duì)輸入首級(jí)功放管的信號(hào)進(jìn) 行增益補(bǔ)償。所述控制模塊還儲(chǔ)存表征所述電流值與增益#卜償值的輔映射關(guān)系表格， 供直接對(duì)應(yīng)電流值使用增益補(bǔ)償值。所述控制模塊包括控制芯片、A/D變換器和D/A變換器，A/D變換器串 接于控制芯片與所述電流檢測電路之間，用于將所述電流4企測電路沖企測出的 電流值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并傳輸至控制芯片；控制芯片存儲(chǔ)所述主、輔映射關(guān) 系表格，并負(fù)責(zé)對(duì)應(yīng)所述電流值計(jì)算出相應(yīng)的柵極電壓值和增益補(bǔ)償值；所 述D/A變換器串接于控制芯片與各功放管/增益補(bǔ)償電路之間，將所述柵極電 壓值/增益補(bǔ)償值轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)并傳輸至相應(yīng)的功放管/增益補(bǔ)償電路。 所述控制芯片為單片機(jī)、DSP、 FPGA和ARM中任意一種。 適應(yīng)本發(fā)明的第二目的，本發(fā)明自適應(yīng)調(diào)整功率放大器效率的方法，包 括如下步驟1) 從首級(jí)的功放管處檢測獲得其輸出的電流值；2) 以該電流值與至少 一個(gè)功放管的柵極電壓值的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算該相應(yīng) 的功放管將要進(jìn)行重設(shè)的柵極電壓值；3) 以該柵極電壓值為基準(zhǔn)，重置相應(yīng)的功》文管的柵極電壓。其中，該電流值與柵極電壓值已以主映射關(guān)系表格的形狀被預(yù)設(shè)。 此外，還包括步驟4)以檢測所得的電流值計(jì)算對(duì)功率放大器自身的增 益補(bǔ)償值并實(shí)施增益補(bǔ)償。同理，該電流值與增益補(bǔ)償值已以輔映射關(guān)系表格的形狀被預(yù)i殳。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具備如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明克服了現(xiàn)有功率放大器 低輸出功率處效率低下的缺點(diǎn)，使功率放大器的效率在整體上得到"R高，不 受多級(jí)功放管的影響；此外，本發(fā)明還采取增益補(bǔ)償?shù)姆绞綄?duì)功率放大器的 效率進(jìn)行強(qiáng)化；同時(shí)，在結(jié)構(gòu)上采用軟硬結(jié)合的方式，有利于保持較低的成
'圖1為傳統(tǒng)的效率自適應(yīng)調(diào)整的功率放大器的電路原理框圖； 圖2為本發(fā)明效率自適應(yīng)調(diào)整的功率放大器的電路原理框圖。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn) 一 步的說明請(qǐng)參閱圖2,本發(fā)明效率自適應(yīng)調(diào)整的功率放大器，具體包括增益補(bǔ) 償電路8、進(jìn)行推動(dòng)的首級(jí)功放管11、末級(jí)功放管12、控制接口電路71、控 制接口電路72、 A/D變換器4、 D/A變換器61、 D/A變換器62、 D/A變換器 63、 MCU控制芯片5以及電流檢測電路3。其中，控制芯片5， A/D變換器 4和各D/A變換器61， 62, 63組合成為本發(fā)明所述的控制模塊。工作原理移動(dòng)通信射頻信號(hào)進(jìn)入功率放大器后，先通過首級(jí)功;改管11 進(jìn)行預(yù)放大，再輸出至末級(jí)功放管12，經(jīng)最后放大后，變?yōu)榉糯蠛蟮纳漕l信 號(hào)輸出。在首級(jí)功放管11處，采用與之電性連接的電流檢測電路3檢測首級(jí) 功放管11輸出的電流值，進(jìn)入A/D變換器4， A/D變換器4采樣該模擬信號(hào)， 變?yōu)閿?shù)字信號(hào)后，進(jìn)入MCU控制芯片5， MCU控制芯片5根據(jù)數(shù)字化的該 電流值，采用提高功率放大器效率的柵壓控制算法，計(jì)算出將要對(duì)各個(gè)功放 管11, 12的柵極電壓進(jìn)行重設(shè)的各個(gè)柵極電壓值，把各個(gè)棚-極電壓值分別經(jīng) 過相應(yīng)的D/A變換器61, 62和控制接口電路71， 72進(jìn)行穩(wěn)壓整型等處理后， 重置各個(gè)相應(yīng)的功放管12, 11的柵極電壓，即末級(jí)功放管12和首級(jí)功》文管 11的柵極電壓，從而提高功率放大器效率，另外，在調(diào)整末級(jí)功放管12柵 極電壓時(shí)，如果增益發(fā)生了變化，則MCU控制芯片5通過D/A變換器63， 來控制增益補(bǔ)償電路8，從而達(dá)到整個(gè)功率放大器增益補(bǔ)償?shù)哪康摹Ｈ缦陆榻B實(shí)際操作中本發(fā)明自適應(yīng)調(diào)整功率放大器效率的方法的各個(gè)詳 細(xì)處理步驟步驟l:射頻信號(hào)經(jīng)過天線接收后，進(jìn)入功率放大器的首級(jí)功放管11。 這些信號(hào)可以是WCDMA、 CDMA、 TD-SCDMA、 WiMax、 GSM等等現(xiàn)有 制式不同頻段射頻信號(hào)；步驟2:射頻信號(hào)經(jīng)過步驟1的處理后，變?yōu)轭A(yù)放大后的信號(hào)，此處也 可再經(jīng)一級(jí)功放管(未圖示)，視具體情況而定；步驟3:經(jīng)過步驟2后預(yù)放大的信號(hào)，進(jìn)入功率放大器末級(jí)功放管12， 進(jìn)行最后放大變?yōu)榉糯蠛蟮纳漕l信號(hào)輸出；步驟4:步驟2中預(yù)放大過程中，由電流檢測電路3檢測首級(jí)功放管11 的電流值，該電流檢測電路3可采用INA138實(shí)現(xiàn)；步驟5:步驟4中得到的電流值，經(jīng)過A/D變換器4，變?yōu)閿?shù)字信號(hào)進(jìn) 入MCU控制芯片5;步驟6: MCU控制芯片5，根據(jù)步驟5中得到的電流值，基于預(yù)先存儲(chǔ)在MCU控制芯片5中的表征所述檢測而得的電流值和末級(jí)功放管12的將要 進(jìn)行重設(shè)的柵極電壓值的主映射關(guān)系表格，得到對(duì)應(yīng)的4冊(cè)極電壓值，通過D/A 變換器61，變?yōu)槟M柵極電壓值。此處的MCU可以是單片機(jī)、DSP、 FPGA、 ARM等可編程器件；步驟7:步驟6得到的模擬柵極電壓值經(jīng)過控制接口電路71進(jìn)行穩(wěn)壓整 型后，控制功率放大器中的末級(jí)功放管12重置其柵極電壓；步驟8:步驟6中的MCU控制芯片5，相應(yīng)的基于預(yù)先存儲(chǔ)在MCU控 制芯片5中的表征檢測而得的電流值和首級(jí)功放管11的將要進(jìn)行重設(shè)的柵極 電壓值的另一主映射關(guān)系表格，得出首級(jí)功放管11的將要進(jìn)行重設(shè)的柵極電 壓值，經(jīng)過D/A變換器62，變?yōu)槟M的柵極電壓值，由于功率放大器中首級(jí) 功放管11對(duì)效率影響很小，這里的柵極電壓值可以是一個(gè)與輸出功率無關(guān)的 柵極電壓值，即為一基本固定的數(shù)值；步驟9:步驟8中模擬柵極電壓值通過控制接口電路72后，控制功率》文 大器中的推動(dòng)級(jí)即首級(jí)功放管11的柵極電壓進(jìn)行重置；步驟10:步驟7中控制功率放大器中的末級(jí)功放管12時(shí)，會(huì)影響到整 個(gè)功率;^文大器增益值，此時(shí)MCU控制芯片5根據(jù)步驟5中得到的電流值的 數(shù)字信號(hào)，基于預(yù)先存儲(chǔ)在MCU中的表征所述檢測而得的電流值和增益補(bǔ) 償值的對(duì)應(yīng)關(guān)系的輔映射關(guān)系表格，把對(duì)應(yīng)的增益補(bǔ)償值通過D/A變換器 63，變?yōu)槟M增益補(bǔ)償值，控制增益補(bǔ)償電路8對(duì)輸入至首級(jí)功放管11的信 號(hào)進(jìn)行增益補(bǔ)償，從而達(dá)到了整個(gè)功率放大器增益補(bǔ)償?shù)哪康模徊襟E11:經(jīng)過以上步驟1至10的過程后，會(huì)較大幅度的提高了功率放 大器在低輸出功率時(shí)的工作效率，從而提高功率放大器的整體效率。另夕卜，步驟6和步驟IO分別提到了存儲(chǔ)在MCU控制芯片5中的主映射 關(guān)系表格和輔映射關(guān)系表格，這兩個(gè)表格對(duì)本發(fā)明所提出的一種提高功率放 大器效率裝置及實(shí)現(xiàn)方法至關(guān)重要。盡管步驟8提到的推動(dòng)級(jí)功放管的柵極 電壓與輸出功率無關(guān)，但是本發(fā)明并不排除在末級(jí)功放管12的前置功放管應(yīng) 用主映射關(guān)系表格以便做精確調(diào)整的可能性。此外，對(duì)于同一功放管的同一 主映射關(guān)系表格，其數(shù)量也不局限于一張，可通過設(shè)置兩張完全相同的主映 射關(guān)系表格進(jìn)行備份，以防止控制芯片5出現(xiàn)邏輯或物理損壞時(shí)可立即啟動(dòng) 新的主映射關(guān)系表格。同理，對(duì)于多個(gè)功放管的不同主映射關(guān)系表格也可進(jìn) 行合并，將其合并于同一主映射關(guān)系表格中。本發(fā)明所提出的效率自適應(yīng)調(diào)整的功率放大器及其實(shí)現(xiàn)方法，能夠大大 提高現(xiàn)有功率放大器的整體工作效率，具有較廣闊的應(yīng)用前景。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不僅僅受 上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改 變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的 保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種效率自適應(yīng)調(diào)整的功率放大器，包括級(jí)聯(lián)的至少兩級(jí)功放管，各級(jí)功放管依次對(duì)信號(hào)進(jìn)行推進(jìn)放大，其特征在于該功率放大器還包括電流檢測電路，從首級(jí)的功放管檢測其輸出的電流值；控制模塊，對(duì)應(yīng)所述電流值計(jì)算出至少一個(gè)功放管中將要進(jìn)行重設(shè)的柵極電壓值，依據(jù)該柵極電壓值在相應(yīng)的功放管的柵極施加電壓。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的效率自適應(yīng)調(diào)整的功率放大器，其特征在于 所述控制模塊存儲(chǔ)至少一個(gè)主映射關(guān)系表格，該主映射關(guān)系表格表征所述電 流值與至少一個(gè)功放管的將要進(jìn)行重設(shè)的柵極電壓值之間的映射關(guān)系，供直 接對(duì)應(yīng)電流值使用柵極電壓值。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的效率自適應(yīng)調(diào)整的功率放大器，其特征在于 所述控制模塊存儲(chǔ)的主映射關(guān)系表格的個(gè)數(shù)與功放管的級(jí)數(shù)相等，主映射關(guān) 系表格表征所述電流值與其中 一個(gè)功放管的將要進(jìn)行重設(shè)的柵極電壓值之間 的映射關(guān)系。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的效率自適應(yīng)調(diào)整的功率放大 器，其特征在于所述控制模塊與至少一個(gè)功放管之間串接有控制接口電路， 該控制接口電路對(duì)控制模塊所輸出的電壓實(shí)施穩(wěn)壓和整型，以便輸出穩(wěn)定的電壓至相應(yīng)的功》文管。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的效率自適應(yīng)調(diào)整的功率放大器，其特征在于 該功率放大器還包括增益補(bǔ)償電路，該控制模塊根據(jù)所述電流值計(jì)算出增益 補(bǔ)償值，該增益補(bǔ)償電路依據(jù)該增益補(bǔ)償值對(duì)輸入首級(jí)功放管的信號(hào)進(jìn)行增 益補(bǔ)償。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的效率自適應(yīng)調(diào)整的功率放大器，其特征在于 所述控制模塊還儲(chǔ)存表征所述電流值與增益補(bǔ)償值的輔映射關(guān)系表格，供直 接對(duì)應(yīng)電流值使用增益補(bǔ)償值。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的效率自適應(yīng)調(diào)整的功率放大器，其特征在于 所述控制模塊包括控制芯片、A/D變換器和D/A變換器，A/D變換器串接于 控制芯片與所述電流檢測電路之間，用于將所述電流檢測電路檢測出的電流值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并傳輸至控制芯片；控制芯片存儲(chǔ)所述主、輔映射關(guān)系表 格，并負(fù)責(zé)對(duì)應(yīng)所述電流值計(jì)算出相應(yīng)的柵極電壓值和增益補(bǔ)償值；所述D/A 變換器串接于控制芯片與各功放管/增益補(bǔ)償電路之間，將所述柵極電壓值/ 增益補(bǔ)償值轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)并傳輸至相應(yīng)的功放管/增益補(bǔ)償電路。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的效率自適應(yīng)調(diào)整的功率放大器，其特征在于 所述控制芯片為單片機(jī)、DSP、 FPGA和ARM中任意一種。
9、 一種自適應(yīng)調(diào)整功率放大器效率的方法，其特征在于包括如下步驟 1)檢測首級(jí)的功放管輸出的電流值；2 )以該電流值與至少 一 個(gè)功》文管的柵極電壓 <直的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算該相應(yīng) 的功放管將要進(jìn)行重設(shè)的柵極電壓值；3) 以該柵-極電壓值為基準(zhǔn)，重置相應(yīng)的功》文管的柵-極電壓。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的自適應(yīng)調(diào)整功率放大器效率的方法，其特征 在于所述檢測而得的電流值與柵極電壓值已以主映射關(guān)系表格的形式被預(yù) 設(shè)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的自適應(yīng)調(diào)整功率放大器效率的方法， 其特征在于其還包括步驟4) 以電流值計(jì)算對(duì)功率放大器自身的增益補(bǔ)償值并實(shí)施增益補(bǔ)償。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的自適應(yīng)調(diào)整功率放大器效率的方法，其特 征在于所述檢測而得的電流值與增益補(bǔ)償值已以輔映射關(guān)系表格的形式被 預(yù)設(shè)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種效率自適應(yīng)調(diào)整的功率放大器，包括級(jí)聯(lián)的至少兩級(jí)功放管，各級(jí)功放管依次對(duì)信號(hào)進(jìn)行推進(jìn)放大，該功率放大器還包括電流檢測電路，從首級(jí)的功放管檢測其輸出的電流值；控制模塊，對(duì)應(yīng)所述電流值計(jì)算出至少一個(gè)功放管中將要進(jìn)行重設(shè)的柵極電壓值，依據(jù)該柵極電壓值在相應(yīng)的功放管的柵極施加電壓。控制模塊中存儲(chǔ)有電流值與各功放管將要進(jìn)行重設(shè)的柵極電壓值的關(guān)系表格。相應(yīng)地，本發(fā)明還公開這種功率放大器的實(shí)現(xiàn)方法。本發(fā)明能自適應(yīng)調(diào)整/提高功率放大器的整體效率；此外，通過采取增益補(bǔ)償?shù)姆绞綄?duì)功率放大器的效率進(jìn)行強(qiáng)化；采用軟硬件結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)，保持較低的成本，且由此彌補(bǔ)了由于溫度變化而帶來的功率放大器性能的惡化。
文檔編號(hào)H03F3/21GK101247109SQ20081002697
公開日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2008年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月24日
發(fā)明者劉大能, 劉海濤, 張占勝, 潘栓龍 申請(qǐng)人:京信通信系統(tǒng)(中國)有限公司