專利名稱：射頻功率放大器數(shù)字偏置系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及移動(dòng)通信系統(tǒng)中射頻功率放大器設(shè)計(jì)領(lǐng)域，主要是一種射頻功率放大器數(shù)字偏置系統(tǒng)，特別適用于偏置可調(diào)的多級(jí)LDMOS射頻功率放大器。
背景技術(shù)：
隨著3G牌照的發(fā)放，宣布中國(guó)移動(dòng)通信的發(fā)展進(jìn)入的3G時(shí)代。在過(guò)去的1G、2G通 信網(wǎng)絡(luò)中，通信運(yùn)營(yíng)商關(guān)注的重點(diǎn)在于建設(shè)一個(gè)無(wú)縫覆蓋的高質(zhì)量移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，從而可以發(fā) 展更多的用戶和獲得更多的收入?，F(xiàn)在，綠色環(huán)保節(jié)能降耗成為全球的熱點(diǎn)。在這種趨勢(shì) 下使通信網(wǎng)絡(luò)更節(jié)能更符合綠色要求，而射頻功率放大器的效率是通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)能降耗的關(guān) 鍵。當(dāng)今的蜂窩系統(tǒng)對(duì)線性度要求越來(lái)越高，需要將LDMOS管偏置在AB類，從而獲得功率 和效率之間的有效平衡。隨著數(shù)字預(yù)失真線性化技術(shù)(DPD)的發(fā)展，提高功放效率的方法 也越來(lái)越多，如Doherty功放、包絡(luò)消除再生技術(shù)(EER)、自適應(yīng)偏置技術(shù)、包絡(luò)跟蹤等。這 些技術(shù)都和LDMOS管的柵壓偏置有關(guān)系。所以柵壓偏置對(duì)射頻功率放大器的效率起著非常 重要的作用。過(guò)去，使用高精度多匝微調(diào)電位器產(chǎn)生并設(shè)置LDMOS的柵極電壓，并利用模擬二 極管或三級(jí)管的來(lái)補(bǔ)償LDMOS管的溫度特性，使LDMOS在一定溫度范圍內(nèi)保持相對(duì)恒定的 靜態(tài)工作電流。在這種技術(shù)，固定的靜態(tài)工作電流只保證了射頻功率放大器在額定最大輸 出功率時(shí)效率最高。而射頻功率放大器在實(shí)際通信網(wǎng)絡(luò)中的大部分工作時(shí)間都處于低輸出 功率狀態(tài)，導(dǎo)致射頻功率放大器效率很低，浪費(fèi)大量能源。目前基站采用多平臺(tái)環(huán)境，利用 軟件定義特性以幫助管理射頻功率放大器，這樣確保這些資本密集型基礎(chǔ)設(shè)施保持可持續(xù) 使用。這就需要射頻功率放大器的偏置可以通過(guò)軟件來(lái)調(diào)整，固定LDMOS靜態(tài)工作的方式 不能滿足這種要求。目前市場(chǎng)上有專為偏置LDMOS而設(shè)計(jì)的集成電路芯片，但使用不夠靈活。也可以 使用分立數(shù)字器件(如DA、AD等)來(lái)實(shí)現(xiàn)LDMOS的偏置可調(diào)。這種技術(shù)也存在一個(gè)缺點(diǎn) 分辨率不高，不能精確調(diào)整LDMOS的偏置。以偏置輸出電壓為0 4V為例，采用IObit的 D/A時(shí)分辨率為3. 9mV,以3. 9mV為步進(jìn)調(diào)整LDMOS的柵壓可能導(dǎo)致十幾毫安的靜態(tài)電流跳 躍；采用12bit的D/A時(shí)分辨率為0. 97mV，但成本昂貴。LDMOS的實(shí)際偏置電壓只需有IV 的可調(diào)范圍(如2. 5V 3. 5V)就可以了，如果采用IObit的D/A來(lái)實(shí)現(xiàn)這IV的可調(diào)范圍， 分辨率為0. 97mV，可以大大降低成本。具有競(jìng)爭(zhēng)力的射頻功率放大器要求更為精確的，可為每個(gè)射頻LDMOS及其特定的 最佳溫度曲線而定制的偏置響應(yīng)。一個(gè)射頻功率放大器往往有多個(gè)LDM0S，與末級(jí)器件相 比，驅(qū)動(dòng)級(jí)或預(yù)驅(qū)動(dòng)級(jí)器件LDMOS器件需要完全不同的偏置電壓和溫度響應(yīng)?？烧{(diào)偏置具 有許多優(yōu)勢(shì)，比如最佳的溫度響應(yīng)、具有重新設(shè)置偏置以補(bǔ)償漂移或老化而造成影響的功 能，或者全自動(dòng)化的工廠校準(zhǔn)和測(cè)試的勞動(dòng)力成本優(yōu)勢(shì)。可調(diào)偏置的目標(biāo)就變成如何在整 個(gè)溫度范圍內(nèi)獲得射頻功率放大器各種參數(shù)的最佳性能。發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供一種射頻功率放大器數(shù)字偏置系統(tǒng)， 確保功率放大器的靜態(tài)工作電流軟件可調(diào)，用IObit D/A實(shí)現(xiàn)LDMOS靜態(tài)工作電流的精確 設(shè)定，根據(jù)環(huán)境溫度動(dòng)態(tài)調(diào)整LDMOS的偏置，是LDMOS在全溫范圍內(nèi)工作在恒定的靜態(tài)電 流，保證線性度、穩(wěn)定性，提高效率。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案這種功率放大器數(shù)字偏置系統(tǒng)，包 括驅(qū)動(dòng)放大器、功分器、載波放大器、峰值放大器、電流檢測(cè)單元、MCU、數(shù)字溫度傳感器、數(shù) 字偏置單元；驅(qū)動(dòng)放大器的漏極電壓VDS1、載波放大器的漏極電壓VDS2、峰值放大器的漏 極電壓VDS3由電流檢測(cè)單元提供；驅(qū)動(dòng)放大器的柵極偏置VGS1、載波放大器的柵極偏置 VGS2、峰值放大器的柵極偏置VGS3由數(shù)字偏置單元提供；電流檢測(cè)單元輸出的三個(gè) 點(diǎn)漏信 號(hào)IDS1、IDS2、IDS3分別輸入到MCU的三個(gè)A/D轉(zhuǎn)換通道；數(shù)字溫度傳感器通過(guò)I2C協(xié)議 與MCU通信；數(shù)字偏置單元通過(guò)SPI協(xié)議與MCU通信。所述的驅(qū)動(dòng)放大器、載波放大器和峰值放大器，由LDMOS管、輸入輸出匹配、柵壓 偏置和漏壓供電組成；其中驅(qū)動(dòng)放大器和載波放大器偏置在AB類、峰值放大器偏置在C類 為提高效率。所述的功分器、載波放大器、峰值放大器三個(gè)部分組成Doherty功率放大結(jié) 構(gòu)。電流檢測(cè)單元+28V電源通過(guò)電流檢測(cè)單元后能以小于0. IV的壓降分成三個(gè)支 路輸出，分別為VDS1、VDS2、VDS3 ；分別檢測(cè)三個(gè)支路的電流，輸出的電流信號(hào)分別為IDS1、 IDS2、IDS3。MCU 至少包含三個(gè)A/D轉(zhuǎn)換通道，具有一個(gè)I2C接口，具有一個(gè)SPI接口。數(shù)字溫度傳感器具有12bit溫度——數(shù)字轉(zhuǎn)換器，士2°C溫度檢測(cè)誤差，具有I2C 接口。所述的數(shù)字偏置單元包含D/A轉(zhuǎn)換器和整形電路，D/A轉(zhuǎn)換器的三路輸出分別設(shè) 定三路偏置電壓VGSl、VGS2、VGS3。工作原理MCU分析處理電流檢測(cè)單元檢測(cè)出來(lái)的電流信號(hào)后，調(diào)整數(shù)字偏置單 元的D/A輸出，使驅(qū)動(dòng)放大器和載波放大器工作在最佳的靜態(tài)工作電流，使峰值放大器偏 置的C類工作狀態(tài)；MCU根據(jù)數(shù)字溫度傳感器檢測(cè)出來(lái)的環(huán)境溫度，補(bǔ)償數(shù)字偏置單元的D/ A輸出，使驅(qū)動(dòng)放大器和載波放大器在全溫度范圍內(nèi)工作在恒定的靜態(tài)工作電流。偏置溫度 補(bǔ)償?shù)男甭试赺40°C 90°C分成多段，實(shí)現(xiàn)精確補(bǔ)償。本實(shí)用新型有益的效果是本實(shí)用新型的具有簡(jiǎn)單、實(shí)用、可靠、成本低、通用性好 等特點(diǎn)。使射頻功率放大器在整個(gè)溫度范圍內(nèi)各種性能參數(shù)達(dá)到最佳。

圖1是本實(shí)用新型原理框圖；圖2是數(shù)字偏置單元方框示意圖；圖3是VGS vs VDA的曲線示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明[0019]本實(shí)用新型針對(duì)射頻功率放大器要求更為精確的、軟件可調(diào)的為每個(gè)射頻LDMOS 及其特定的最佳溫度曲線而定制的偏置響應(yīng)。包括驅(qū)動(dòng)放大器、功分器、載波放大器、峰值 放大器、電流檢測(cè)單元、MCU、數(shù)字溫度傳感器、數(shù)字偏置單元。驅(qū)動(dòng)放大器、功分器、載波放大器、峰值放大器組成了系統(tǒng)的射頻鏈路。放大器都 是由LDMOS管、輸入輸出匹配、柵壓偏置和漏壓供電組成。為了提高效率，驅(qū)動(dòng)放大器和載 波放大器偏置在AB類、峰值放大器偏置在C類，功分器、載波放大器、峰值放大器三個(gè)部分 組成Doherty功率放大結(jié)構(gòu)。當(dāng)輸出功率很低時(shí)，峰值放大器關(guān)斷，射頻信號(hào)通過(guò)載波放大 器放大；當(dāng)輸出功率大到一定程度時(shí)，載波放大趨向于飽和狀態(tài)，峰值放大器逐漸打開(kāi)，并 對(duì)射頻信號(hào)的峰值進(jìn)行放大。LDMOS的柵極和地之間基本上是直流開(kāi)路，正是這個(gè)特點(diǎn)使得 本實(shí)用新型的數(shù)字偏置單元可以可靠地工作。LDMOS的柵極偏置是影響整個(gè)射頻功率放大 各方面性能(如增益、線性、效率等)很關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。電流檢測(cè)單元+28V電源通過(guò)此單元后能以很低的壓降(小于0. IV)分成三個(gè)支 路輸出，分別為VDS1、VDS2、VDS3 ；此單元能分別檢測(cè)三個(gè)支路的電流，輸出的電流信號(hào)分 別為IDS1、IDS2、IDS3。每個(gè)支路的電流檢測(cè)原理闡述如下+28V以一定的電流通過(guò)一個(gè) 高精度、低阻值、承受額定功率很高的電阻后會(huì)產(chǎn)生壓降，這個(gè)壓降很小，需要經(jīng)過(guò)20倍的 直流放大。這個(gè)放大后的壓降信號(hào)輸入到MCU的A/D轉(zhuǎn)換器。通過(guò)電阻的壓降知道了，電 阻的阻值也知道，由歐姆定理就可以計(jì)算出通過(guò)電阻的電流。根據(jù)檢測(cè)出來(lái)的電流，還可以 監(jiān)控各個(gè)LDMOS的工作狀態(tài)，判斷是否工作正常。MCU 至少包含三個(gè)A/D轉(zhuǎn)換通道，具有一個(gè)I2C接口，具有一個(gè)SPI接口。數(shù)字溫度傳感器具有12bit溫度——數(shù)字轉(zhuǎn)換器，士2°C溫度檢測(cè)誤差，具有I2C 接口。數(shù)字偏置單元包含D/A轉(zhuǎn)換器和整形電路，D/A轉(zhuǎn)換器的三路輸出分別設(shè)定三路 偏置電壓 VGS1、VGS2、VGS3。VGSl 的整形電路由 Rl、R2、R3、R4、C3、C4、C5 和 +5V 按圖 2 所 示的連接方式組成；VGS2的整形電路由R5、R6、R7、R8、C6、C7、C8和+5V按圖2所示的連接 方式組成；VGS3的整形電路由R9、R10、C9按圖2所示的連接方式組成。舉例說(shuō)明如下由于D/A轉(zhuǎn)換器的供電電壓和參考電壓都是+3. 3V，所以它的最低輸出電壓為0V， 最高輸出電壓為3. 3V。如果Rl = 3K、R2 = 4. 7K、R3 = 8. 2K、R4 = 10K, VGSl的電壓主要 由這幾個(gè)電阻分壓產(chǎn)生，電容C3、C4、C5主要作用是濾波平均，則VGSl的輸出曲線如圖3所 示。VGSl的電壓輸出范圍為+2. 504V +3. 503V。通過(guò)這個(gè)電路，把D/A輸出的0 3. 3V 范圍轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)DMOS偏置所需要的+2. 504V +3. 503V,調(diào)整范圍為IV，又由于D/A的轉(zhuǎn)換精 度是lObit，所以分辨率為0. 97mV。即節(jié)約成本，實(shí)現(xiàn)起來(lái)又簡(jiǎn)單。VGS2的工作原理和VGSl 一樣，由于VGS3用來(lái)偏置峰值放大器，只需要很低的偏置電壓(0. 5V 1.5V)就可以了，這 個(gè)偏置電壓沒(méi)有打開(kāi)峰值放大器，不存在靜態(tài)工作電流，所以VGS3的電路更簡(jiǎn)單。驅(qū)動(dòng)放大器的漏極電壓VDS1、載波放大器的漏極電壓VDS2、峰值放大器的漏極 電壓VDS3由電流檢測(cè)單元提供；驅(qū)動(dòng)放大器的柵極極偏置VGS1、載波放大器的柵極偏置 VGS2、峰值放大器的柵極偏置VGS3由數(shù)字偏置單元提供；電流檢測(cè)單元輸出的三個(gè)點(diǎn)漏信 號(hào)IDS1、IDS2、IDS3分別輸入到MCU的三個(gè)A/D轉(zhuǎn)換通道；數(shù)字溫度傳感器通過(guò)I2C協(xié)議 與MCU通信；數(shù)字偏置單元通過(guò)SPI協(xié)議與MCU通信。MCU分析處理電流檢測(cè)單元檢測(cè)出 來(lái)的電流信號(hào)后，調(diào)整數(shù)字偏置單元的D/A輸出，使驅(qū)動(dòng)放大器和載波放大器工作在最佳的靜態(tài)工作電流，使峰值放大器偏置的C類工作狀態(tài)；MCU根據(jù)數(shù)字溫度傳感器檢測(cè)出來(lái)的 環(huán)境溫度，補(bǔ)償數(shù)字偏置單元的D/A輸出，使驅(qū)動(dòng)放大器和載波放大器在全溫度范 圍內(nèi)工 作在恒定的靜態(tài)工作電流。偏置溫度補(bǔ)償?shù)男甭试赺40°C 90°C分成多段，在每一溫度段， 都需要設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)溫度、一個(gè)基準(zhǔn)溫度偏置值、一個(gè)斜率，在這個(gè)溫度段中的其它偏置值 都據(jù)這三個(gè)參數(shù)計(jì)算出來(lái)，這樣做可以實(shí)現(xiàn)精確補(bǔ)償。 除上述實(shí)施例外，凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新 型要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種功率放大器數(shù)字偏置系統(tǒng)，其特征是包括驅(qū)動(dòng)放大器、功分器、載波放大器、峰值放大器、電流檢測(cè)單元、MCU、數(shù)字溫度傳感器、數(shù)字偏置單元；驅(qū)動(dòng)放大器的漏極電壓VDS1、載波放大器的漏極電壓VDS2、峰值放大器的漏極電壓VDS3由電流檢測(cè)單元提供；驅(qū)動(dòng)放大器的柵極偏置VGS1、載波放大器的柵極偏置VGS2、峰值放大器的柵極偏置VGS3由數(shù)字偏置單元提供；電流檢測(cè)單元輸出的三個(gè)點(diǎn)漏信號(hào)IDS1、IDS2、IDS3分別輸入到MCU的三個(gè)A/D轉(zhuǎn)換通道；數(shù)字溫度傳感器通過(guò)I2C協(xié)議與MCU通信；數(shù)字偏置單元通過(guò)SPI協(xié)議與MCU通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器數(shù)字偏置系統(tǒng)，其特征是所述的驅(qū)動(dòng)放大器、載 波放大器和峰值放大器，由LDMOS管、輸入輸出匹配、柵壓偏置和漏壓供電組成；其中驅(qū)動(dòng) 放大器和載波放大器偏置在AB類、峰值放大器偏置在C類。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器數(shù)字偏置系統(tǒng)，其特征是所述的功分器、載波放 大器、峰值放大器三個(gè)部分組成Doherty功率放大結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器數(shù)字偏置系統(tǒng)，其特征是+28V電源通過(guò)電流檢 測(cè)單元后能以小于0. IV的壓降分成三個(gè)支路輸出，分別為VDS1、VDS2、VDS3 ；分別檢測(cè)三個(gè) 支路的電流，輸出的電流信號(hào)分別為IDS1、IDS2、IDS3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器數(shù)字偏置系統(tǒng)，其特征是所述的數(shù)字偏置單元 包含D/A轉(zhuǎn)換器和整形電路，D/A轉(zhuǎn)換器的三路輸出分別設(shè)定三路偏置電壓VGS1、VGS2、 VGS3。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種功率放大器數(shù)字偏置系統(tǒng)，包括驅(qū)動(dòng)放大器、功分器、載波放大器、峰值放大器、電流檢測(cè)單元、MCU、數(shù)字溫度傳感器、數(shù)字偏置單元；驅(qū)動(dòng)放大器的漏極電壓VDS1、載波放大器的漏極電壓VDS2、峰值放大器的漏極電壓VDS3由電流檢測(cè)單元提供；驅(qū)動(dòng)放大器的柵極偏置VGS1、載波放大器的柵極偏置VGS2、峰值放大器的柵極偏置VGS3由數(shù)字偏置單元提供；電流檢測(cè)單元輸出的三個(gè)點(diǎn)漏信號(hào)IDS1、IDS2、IDS3分別輸入到MCU的三個(gè)A/D轉(zhuǎn)換通道；數(shù)字溫度傳感器通過(guò)I2C協(xié)議與MCU通信；數(shù)字偏置單元通過(guò)SPI協(xié)議與MCU通信。本實(shí)用新型有益的效果是本實(shí)用新型的具有簡(jiǎn)單、實(shí)用、可靠、成本低、通用性好等特點(diǎn)。使射頻功率放大器在整個(gè)溫度范圍內(nèi)各種性能參數(shù)達(dá)到最佳。
文檔編號(hào)H03F1/02GK201742373SQ20102017442
公開(kāi)日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月27日
發(fā)明者賴敏福 申請(qǐng)人:三維通信股份有限公司