功率放大器、功率放大器飽和檢測、移動無線電信設備制造技術

提供了用于射頻RF發射機的功率放大器電路、用于檢測功率放大器飽和的方法、以及移動無線電信設備。功率放大器電路包括：功率放大器，具有至少一個輸出晶體管，輸出晶體管具有耦合至電源電壓的輸出晶體管端子；占空比檢測器，具有耦合至輸出晶體管端子的輸入，并生成表示由功率放大器放大的RF信號為負的時間量與該RF信號為正的時間量之間的比的輸出；以及比較器部分，具有第一和第二比較器輸入并產生飽和檢測輸出信號，第一和第二比較器輸入之一耦合至該占空比檢測器的輸出，第一和第二比較器輸入中的另一個耦合至參考電壓電路。功率控制電路可以使用飽和檢測輸出信號來回退或減小功率放大器的放大水平，以避免功率放大器控制環路飽和。

【技術實現步驟摘要】
功率放大器、功率放大器飽和檢測、移動無線電信設備本申請是申請日為2009年10月26日、申請號為200980152892.4（國際申請號為PCT/US2009/061991）、專利技術名稱為“功率放大器飽和檢測”的專利技術專利申請的分案申請。
本公開涉及功率放大器電路、功率放大器飽和檢測方法和移動無線電設備。
技術介紹
移動無線電話（還已知為蜂窩式電話）以及其它便攜式無線電收發機中使用的類型的射頻（RF）發射機一般包括調整所發射的RF信號的功率的發射功率控制電路。功率控制電路可以調整功率放大器以增加或減小所發射的RF功率。調整發射的RF功率對于一些目的來說是有益的。例如，在多種類型的蜂窩式電信系統中，當收發機（還稱為手持機）離最近的基站越遠時，發射的RF功率越高是有益的，而當收發機離最近的基站越近時，發射的RF功率越低是有益的。而且，在一些類型的多模式（例如，雙模式）收發機中，諸如，在能夠根據GSM（全球移動通信系統）標準和EDGE（增強型數據速率GSM演進）標準兩者操作的收發機中，對發射的RF功率的需求依據收發機正操作在GSM模式中還是EDGE模式中而不同。類似地，對發射的RF功率的需求可以在多頻帶（例如，雙頻帶）收發機中不同，所述多頻帶收發機諸如能夠在GSM“低頻帶”頻帶（例如，在歐洲、非洲、中東和亞洲的大多數地方使用的880-915MHz頻帶）和GSM“高頻帶”頻帶（例如，在美國使用的1850-1910MHz頻帶）兩者中操作的收發機。為了適應多個頻帶的不同功率放大需求，收發機的功率放大器系統可以對應地包括多個功率放大器。在一些應用中，便攜式無線電收發機的功率放大器系統包括負反饋功率控制環路，用以將功率放大器的輸出功率調整到由收發機正操作的模式指定的容許范圍內的水平。例如，當收發機正在GSM模式中發射時，功率控制環路努力將放大器輸出功率維持在由GSM標準對于根據GSM標準發射的頻移鍵控調制（具體地，高斯最小頻移鍵控（GMSK））信號所指定的容許范圍內。同樣，當收發機正在EDGE模式中發射時，該控制環路努力將放大器輸出功率維持在由EDGE標準對于根據EDGE標準發射的8相移鍵控（8PSK）調制信號所指定的容許范圍內。一般地，反饋環路將諸如所檢測的RF輸出功率水平的反饋量與參考控制電壓進行比較。將兩個電壓之間的差（還稱為差誤差（differenceerror））進行積分并施加至功率放大器的功率控制端口。對于GMSK，功率放大器功率控制端口典型地為電壓控制的輸入（V_PC），其調整功率放大器偏壓。RF輸入水平是固定的。對于EDGE，功率放大器功率控制端口為RF輸入水平。在EDGE中，還可以調整V_PC以在維持線性的同時使效率最優化。大的環路增益使差誤差最小化并驅使（drive）輸出功率精確度為環路反饋電路和參考控制電壓的精度。在諸如不足的電池功率和VSWR（電壓駐波比）負載線極限（loadlineextreme）的情形下，功率放大器控制環路可能不期望地電壓飽和。這樣的情形可導致控制環路增益的不期望的減小、差誤差的不期望的增加或兩者。這些影響可在緩慢的控制環路響應中表現出來，從而導致功率放大器輸出功率水平漂移（drift）、或者甚至完全喪失控制環路鎖定。功率控制環路飽和還可能導致切換頻譜惡化以及與可適用的發射標準（例如，GMSK）不一致，諸如，超過由可適用的標準指定的功率相對時間（PvT）測量。此外，幅度調制的EDGE信號包絡的峰值可能變為被限幅（clip），從而導致調制頻譜惡化。為了避免功率控制環路飽和，一些功率放大器系統已經包括這樣的電路，其監視環路誤差電壓并減小環路參考電壓，直到消除環路誤差為止。替代地，功率放大器系統可以包括飽和檢測電路，其檢測控制環路何時接近飽和并激活“飽和檢測”信號。功率控制電路通過減小目標輸出功率直到飽和檢測電路解除激活“飽和檢測”信號（指示正常的或非飽和的控制環路操作）為止，來響應此信號。例如，如圖1中所示，由電壓調節器12控制功率放大器10的增益或放大率，其中電壓調節器12包括運算放大器13、PFET（p溝道場效應晶體管）14、以及關聯的電阻器16和18。功率放大器10可以包括多個級聯的級，但是為了清楚的目的，僅示出末級的晶體管20（其它這樣的級由省略（“…”）符號表示）。電壓調節器12響應于由功率控制電路（為了清楚的目的而未示出）產生的功率控制信號（V_PC）。注意，運算放大器13的輸出經由PFET14而耦合至晶體管20的集電極端子。這樣的布置提供所謂的集電極電壓放大器控制（COVAC）。用于生成“飽和檢測”信號的電路包括比較器22、電流源24和電阻器26。由電池操作的電源（為了清楚的目的而未示出）提供的電源電壓（V_BATT）耦合至PFET14的源極端子和電阻器26的一個端子。依賴電源的參考電壓經由電阻器26和電流源24而施加至比較器22的一個端子。比較器22的另一端子接收PFET14的漏極電壓。如果PFET14漏極電壓超過比較器參考電壓，則比較器22生成指示電壓調節器飽和的“飽和檢測”信號。調節器增益帶寬不足以準確跟隨V_PC輸入信號，導致功率放大器PvT時間遮蔽（mask）以及違反切換頻譜規范。雖然上面參照圖1描述的用于檢測功率放大器控制環路何時在飽和中或接近飽和的技術在具有COVAC晶體管布置的功率放大器系統中是有益的，但是該技術不能用在一些其它情況中。例如，在一些功率放大器晶體管布置中，末級晶體管的集電極直接連接至電源電壓（V_BATT）。
技術實現思路
本專利技術的實施例涉及一種便攜式射頻（RF）發射機或收發機中的功率放大器系統、一種具有這種收發機的移動無線電信設備、以及一種功率放大器系統的操作方法，其中功率放大器系統包括檢測功率放大器飽和的飽和檢測器。在示例性實施例中，功率放大器電路包括功率放大器、占空比檢測器和比較器部分。功率放大器具有至少一個輸出晶體管，其具有耦合至電源電壓的輸出晶體管端子。占空比檢測器可以通過檢測占空比或者在輸出晶體管端子產生的波形為負的時間量與所述波形為正的時間量之間的比，提供功率放大器飽和的指示。在示例性實施例中，占空比檢測器可以包括限幅器（limiter）部分和平均濾波器部分。限幅器部分耦合至輸出晶體管端子，并在使負電壓偏移通過的同時阻擋正電壓偏移。平均濾波器部分耦合至限幅器部分的輸出。比較器部分通過比較由平均濾波器部分輸出的信號與參考電壓，產生飽和檢測輸出信號。可以由功率控制電路使用飽和檢測輸出信號來回退（backoff）或減小功率放大器的放大水平以避免在飽和中操作。限幅器部分、平均濾波器部分和比較器部分或者它們中的部分可以包含在任何合適的電路或系統（諸如，在集成電路芯片中形成的分立電路）中、在編程的或配置的數字信號處理邏輯中或者在任何其它合適的電路或系統中。根據本專利技術的一個方面，提供了一種用于射頻RF發射機的功率放大器電路，該功率放大器電路包括：功率放大器，其具有至少一個輸出晶體管，該輸出晶體管具有耦合至電源電壓的輸出晶體管端子；占空比檢測器，其具有耦合至該輸出晶體管端子的輸入，并生成表示由功率放大器放大的RF信號為負的時間量與該RF信號為正的時間量之間的比的輸出；以及比較器部分，其具有第一和第二比較器輸入并產生飽和檢測輸出信本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于射頻RF發射機的功率放大器電路，該功率放大器電路包括：功率放大器，其具有至少一個輸出晶體管，該輸出晶體管具有耦合至電源電壓的輸出晶體管端子；占空比檢測器，其具有耦合至該輸出晶體管端子的輸入，并生成表示由功率放大器放大的RF信號為負的時間量與該RF信號為正的時間量之間的比的輸出；以及比較器部分，其具有第一和第二比較器輸入并產生飽和檢測輸出信號，所述第一和第二比較器輸入之一耦合至該占空比檢測器的輸出，而所述第一和第二比較器輸入中的另一個耦合至參考電壓電路。

【技術特征摘要】
2008.10.28 US 12/259,6451.一種用于射頻RF發射機的功率放大器電路，該功率放大器電路包括：功率放大器，其具有至少一個輸出晶體管，該輸出晶體管具有耦合至電源電壓的輸出晶體管端子；占空比檢測器，其具有耦合至該輸出晶體管端子的輸入，并生成表示由功率放大器放大的RF信號為負的時間量與該RF信號為正的時間量之間的比的輸出；以及比較器部分，其具有第一和第二比較器輸入并產生飽和檢測輸出信號，所述第一和第二比較器輸入之一耦合至該占空比檢測器的輸出，而所述第一和第二比較器輸入中的另一個耦合至參考電壓電路。2.如權利要求1所述的功率放大器電路，其中該占空比檢測器包括：限幅器部分，耦合至該輸出晶體管端子，該限幅器部分阻擋正電壓偏移并使負電壓偏移通過；以及平均濾波器部分，耦合至該限幅器部分的輸出。3.如權利要求2所述的功率放大器電路，其中：該功率放大器包括能夠響應于頻帶選擇信號而選擇性地激活的高頻帶輸出晶體管和低頻帶輸出晶體管，該高頻帶輸出晶體管具有耦合至電源電壓的高頻帶輸出晶體管端子，該低頻帶輸出晶體管具有耦合至電源電壓的低頻帶輸出晶體管端子；該限幅器部分包括第一限幅器和第二限幅器，該第一限幅器耦合至該高頻帶輸出晶體管端子，該第一限幅器阻擋正電壓偏移并使負電壓偏移通過，該第二限幅器耦合至該低頻帶輸出晶體管端子，該第二限幅器阻擋正電壓偏移并使負電壓偏移通過；該平均濾波器部分包括耦合至該第一限幅器的輸出的第一平均濾波器和耦合至該第二限幅器的輸出的第二平均濾波器；以及該比較器部分還包括響應于該頻帶選擇信號的切換部分，當該頻帶選擇信號指示高頻帶操作時，該切換部分將該第一比較器輸入耦合至該第一平均濾波器的輸出，并將該第二比較器輸入耦合至參考電壓電路，當該頻帶選擇信號指示低頻帶操作時，該切換部分還將該第一比較器輸入耦合至該第二平均濾波器的輸出，并將該第二比較器輸入耦合至參考電壓電路。4.如權利要求3所述的功率放大器電路，其中：該第一限幅器包括第一二極管和第一偏壓電路，該第一偏壓電路將該第一二極管偏壓，以在該高頻帶輸出晶體管端子處的正電壓偏移期間導通，并在該高頻帶輸出晶體管端子處的負電壓偏移期間截止；以及該第二限幅器包括第二二極管和第二偏壓電路，該第二偏壓電路將該第二二極管偏壓，以在該低頻帶輸出晶體管端子處的正電壓偏移期間導通，并在該低頻帶輸出晶體管端子處的負電壓偏移期間截止。5.如權利要求3所述的功率放大器電路，其中：該第一平均濾波器包括至少一個電阻器和至少一個電容器；以及該第二平均濾波器包括至少一個電阻器和至少一個電容器。6.如權利要求3所述的功率放大器電路，其中該切換部分包括：響應于該頻帶選擇信號的第一開關，該第一開關具有耦合至該第一比較器輸入的刀端子、耦合至該第一平均濾波器的輸出和該參考電壓電路的一部分的第一擲端子、以及耦合至該第二平均濾波器的輸出和該參考電壓電路的一部分的第二擲端子；響應于該頻帶選擇信號的第二開關，該第二開關具有耦合至該第二比較器輸入的刀端子輸出、耦合至該第一平均濾波器的輸出和該參考電壓電路的一部分的第一擲端子、以及耦合至該第二平均濾波器的輸出和該參考電壓電路的一部分的第二擲端子。7.如權利要求6所述的功率放大器電路，其中該參考電壓電路包括：第一電流源，其響應于該頻帶選擇信號并耦合至該第一平均濾波器的輸出、該第一開關的第一擲端子和該第二開關的第一擲端子；以及第二電流源，其響應于該頻帶選擇信號并耦合至該第二平均濾波器的輸出、該第一開關的第二擲端子和該第二開關的第二擲端子。8.一種用于檢測射頻RF發射機中的功率放大器飽和的方法，包括：使用輸出晶體管放大RF信號，該輸出晶體管具有耦合至電源電壓的輸出晶體管端子；檢測表示放大的RF信號為負的時間量和該放大的RF信號為正的時間量之間的比的占空比；將表示該占空比的信號提供至比較器部分的第一輸入；將參考電壓提供至該比較器部分的第二輸入；以及響應于表示該占空比的信號與該參考電壓的比較，產生飽和檢測輸出信號。9.如權利要求8所述的方法，其中檢測放大的RF信號的占空比包括：在使該放大的RF信號的負電壓偏移通過的同時限制該放大的RF信號的正電壓偏移，以產生受限信號；以及平均該受限信號以產生平均信號。10.如權利要求9所述的方法，其中：放大RF信號包括：使用功率放大器的高頻帶輸出晶體管放大高頻帶RF信號，并使用低頻帶輸出晶體管放大低頻帶RF信號，該高頻帶輸出晶體管具有耦合至電源電壓的高頻帶輸出晶體管端子，該低頻帶輸出晶體管具有耦合至電源電壓的低頻帶輸出晶體管端子；限制正電壓偏移包括：在使放大的高頻帶RF信號的負電壓偏移通過的同時，限制該放大的高頻帶RF信號的正電壓偏移以產生第一受限信號，并且在使放大的低頻帶RF信號的負電壓偏移通過的同時，限制該放大的低頻帶RF信號的正電壓偏移以產生第二受限信號；平均該受限信號包括：平均該第一受限信號以...

【專利技術屬性】
技術研發人員：PR安德里斯，TJ希，ML杰勒德，
申請(專利權)人：天工方案公司，
類型：發明
國別省市：