專利名稱：移動電話機的功率放大器的制作方法
本申請要求1999年8月31日在日本專利局申請、轉(zhuǎn)讓序號為平治11-246435，題為“移動電話機的功率放大器”的專利申請的優(yōu)先權(quán)，這里把該申請包括進來以供參考。
本發(fā)明總的說來涉及電池使用壽命的延長，具體地說，涉及W-CDMA(寬帶碼分多址)移動電話機的一種功率放大器。
移動電話機確定其與基地臺之間的距離，并通過監(jiān)控其收信功率控制其發(fā)射功率。圖3示出了移動電話機中功率放大器的結(jié)構(gòu)。圖3中，高功率放大器(HPA)21在自動功率控制器(APC)23的控制下放大輸入信號的功率，并將放大后的信號饋給發(fā)射天線24。功率監(jiān)控器22監(jiān)控收自HPA21的發(fā)射功率。APC23根據(jù)收自電話機的數(shù)字信號處理器(DSP，圖中未示出)或控制CPU(中央處理機，圖中未示出)的輸出指示和輸出監(jiān)控器的輸出控制HPA21的發(fā)射功率。輸出指示是對從DSP或CPU輸出的數(shù)字信號進行數(shù)-模變換得出的直流信號。此直流信號用來控制例如協(xié)議中的發(fā)射功率。
HPA21的高效電源(PAE)是確定電池使用壽命的一個重要因素。圖4和圖5為輸入/輸出功率與確定功率消耗的PAE之間的關系曲線。
舉例說，采用GaAs場效應晶體管(FET)作為功率放大器的HPA21構(gòu)制得在峰值發(fā)射功率附近得出最大PAE，如圖4中所示。但在一般使用狀態(tài)的低頻情況下要求峰值發(fā)射功率時，實際使用中的電池使用壽命是通過提高高頻下使用的低/中功率的PAE有效加以延長的。
鑒于上述情況，各種不同的解決方案應運而生。如圖5中所示，通常根據(jù)HPA21的輸出控制流經(jīng)HPA21的直流偏置電流。輸出功率曲線P1，P2和P3與PAE曲線E1，E2和E3匹配。P1和E1是較低直流偏置電流的，P3和E3是較高直流偏置電流的。
HPA的功率放大器通常采用GaAs場效應晶體管，是一個高效率的晶體管。GaAs場效應晶體管的靜態(tài)特性各不相同，如圖6中所示。從圖6中看到，兩個GaAs場效應晶體各自的靜態(tài)特性曲線不同。
為將圖6的漏極電流控制到最佳值，應最大限度地減小場效應晶體管靜態(tài)特性上的個別差別。但由于生產(chǎn)率下降可能會提高生產(chǎn)成本，因而在目前情況下是不可能這樣做的。
因此，本發(fā)明的目的是提供移動電話機的一種，能通過精確控制確定功率放大器的PAE的直流偏置電流延長電池在正常使用狀態(tài)的使用壽命的功率放大器。這里之所以采用這種措施是因為提高功率放大器的平均PAE，在極經(jīng)常使用的低/中發(fā)射功率電平下提高PAE很重要。
上述目的可通過給移動電話機提供一種功率放大器達到。在這種功率放大器中，功率放大部分采用一個晶體管作為功率放大器件，由一個非易失性存儲器記錄晶體管的靜態(tài)特性測定數(shù)據(jù)。晶體管的直充偏置電流根據(jù)功率放大部分的發(fā)射功率、參照靜態(tài)特性測定數(shù)據(jù)通過改變晶體管的柵壓、在柵壓固定的情況下改變晶體管的漏極電壓或控制柵壓和漏極電壓控制。
結(jié)合附圖閱讀下面的詳細說明可以清楚理解本發(fā)明的上述和其它目的、特點和優(yōu)點。附圖中圖1是本發(fā)明一個實施例移動電話機功率放大器的示意圖；圖2A是圖1中所示功率放大器制造公司初步程序的流程示意圖；圖2B是圖1中所示偏置控制器的操作流程圖；圖3示出了一般移動電話機中功率放大器的結(jié)構(gòu)；圖4是HPA中輸入/輸出功率特性和PAE之間的關系曲線；圖5是HPA的直流偏置電流根據(jù)HPA的輸出控制時HAP中輸入/輸出功率特性與PAE之間的關系曲線；
圖6是用作HPA的功率放大器件的GaAs場效應晶體管的靜態(tài)特性數(shù)據(jù)曲線。
下面參看


本發(fā)明的一個最佳實施例。在下面的說明中，周知的功能或結(jié)構(gòu)可能會使本發(fā)明在不必要的細節(jié)方面變得模糊，因而這里不再詳述。
圖1是本發(fā)明移動電話機功率放大器(以下稱HPA模件)的原理圖。圖1中，HPA11，非易失性存儲器12和輸出監(jiān)控器13都裝在一個芯片的HPA模件上。HPA11包括稍后即將說明的偏置電流設定電路HPA11的功率放大器件采用GaAs場效應晶體管。非易失性存儲器12采用例如EEPROM(電可擦可編程只讀存儲器)。
GaAs場效應晶體管的靜態(tài)特性數(shù)據(jù)預先記錄在非易失性存儲器12中。具體地說，在HPA模件11投入市場之前，測定GaAs場效應晶體管的靜態(tài)特性，即如圖6中所示的Vg-Id特性曲線，采用4位EEPROM時繪制成16(=24)種數(shù)據(jù)，然后記入非易失性存儲器12中。
圖1中，Vd(漏極電壓)、Pin(輸入電壓)、Vg(柵電壓)、P-監(jiān)控器(功率監(jiān)控器)、數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù))、時鐘(時鐘信號)、CE(芯片啟用)的Pout(輸出功率)為HPA模件1的輸入/輸出端子。移動電話機的功率放大器采用HPA模件1時，Vd、Pin、Vg、P監(jiān)控器、數(shù)據(jù)、時鐘和CE接HPA模件1外面的偏置控制電路2。偏置控制電路2可以采用電話機的DSP或起控制作用的CPU。
圖2A舉例說明了制造公司對圖1中所示的HPA模件1進行的初步工作，圖2B是說明移動電話機的功率放大器采用HPA模件1時偏置控制電路2的工作過程的流程圖。
參看圖2A和2B。非易失性存儲器12如上所述裝在HPA模件1中。在HPA模件1投入市場之前，在步驟a1測定GaAs場效應晶體管(HPA11)的靜態(tài)特性。測定出的靜態(tài)特性在步驟a2記入非易失性存儲器12中。在步驟a3中，將HPA1投入市場。
當移動電話機的功率放大器采用HPA模件1時，偏置控制電路2在步驟b1從非易失性存儲器12讀取數(shù)據(jù)，在步驟b2編制控制表，并在步驟b3根據(jù)控制表的內(nèi)容選擇HPA11輸出功率的最佳條件。
輸出功率最佳條件的選擇是指根據(jù)從非易失性存儲器12讀取的GaAs場效應晶體管的各靜態(tài)特性數(shù)據(jù)控制輸出功率。換句話說，偏置控制電路2根據(jù)HPA11為輸出監(jiān)控器13所監(jiān)控的輸出功率Pout改變漏極電壓Vd或加到HPA11的柵電壓Vg，從而控制流經(jīng)HPA11的直流偏置電流。
具體地說，偏置控制電路2從非易失性存儲器12讀取GaAs場效應晶體管的靜態(tài)特性(即圖6中所示的Vg-Id特性曲線)，根據(jù)讀出的靜態(tài)特性編制供設定直流偏置電流的控制表，并控制直流偏置電流，從而參看控制表最大限度地提高PAE。結(jié)果，HPA11的輸出功率被最優(yōu)化。
直流偏置電流可按三種方法加以控制(1)改變柵壓Vg；(2)在柵壓Vg固定的情況下改變漏極電壓Vd；和(3)改變柵壓Vg和漏極電壓Vd。
采用上述三種方法中的一種方法，可以無需降低PAE選擇HPA11輸出功率的最佳條件。因此，偏置控制電路2中編制的控制表隨所使用方法的不同而異。
通過改變柵壓Vg控制直流偏置電流時，控制表為(表1)
直流偏置電流通過在柵壓Vg固定的情況下改變漏極電壓Vd控制時，控制表為
(表2)
直流偏置電流通過改變柵壓Vg和漏極電壓Vd控制時，控制表為(表3)
若直流偏置電流通過改變柵壓Vg控制，則參照表1的控制表選擇使PAE最大限度提高的柵壓Vg并加到HPA11上，從而選擇HPA11輸出功率的最佳條件。
偏置控制電路2根據(jù)漏極電壓Vd和/或柵壓Vg施加的直流偏置電流通過偏置電流設定電路流經(jīng)HPA11。偏置電流設定電路的結(jié)構(gòu)是眾所周知的，因而這里不再詳述。
HPA模件1的消耗功率等于直流偏置電流與電源電壓的乘積。若直流偏置電流如現(xiàn)有技術那樣保持不變，則盡管輸出功率低，HPA模件1的消耗功率幾乎恒定，為了提高HPA模件1的平均PAE，重要的一點是在較低/中的輸出功率下提高其PAE。這樣，直流偏置電流由于確定DAE因而應加以控制得使其小。在低輸出功率電平下，DC偏置電流被控制得低。這意味著，若取輸出功率電平為低電平，直流偏置電流也取小值，這例如是通過設定的漏極電壓Vd從而提高PAE達到的。
另一方面，直流偏置電流可以通過提高非易失性存儲器12的容量精確控制。
上面采用了EEPROM作為非易失性存儲器，但本發(fā)明并不局限于EEPROM。任何ROM只要可以重寫的都可用作非易失性存儲器12，例如快速擦寫存儲器，F(xiàn)AMOS(柵雪崩金屬氧化物半導體)和SAMOS(疊層雪崩金屬氧化物半導體)。
此外，上面的實施例中是采用電話機的DSP或HPA模件1外面的CPU作為偏置控制電路的，但還可以考慮將偏置控制電路2構(gòu)成偏置控制專用的裝在HPA模件1中的電路。
綜上所述，本發(fā)明的HPA模件裝有非易失性存儲器，且在投入市場之前HPA的靜態(tài)特性數(shù)據(jù)預先測定好并記入非易失性存儲器中。工作時，讀取數(shù)據(jù)并根據(jù)HPA的各個靜態(tài)特性控制HPA的輸出功率。通過精確控制HPA的直流偏置電流可以延長電池的使用壽命。特別是，本發(fā)明對難以達到高效率(低功率)功率放大器高度適用。
上面已就本發(fā)明的某一最佳實施例展示和說明本發(fā)明，但不言而喻，在不脫離本發(fā)明在所附權(quán)利要求書中所述的精神實質(zhì)和范圍的前提下本技術領域的行家們是可以在形式和細節(jié)上進行種種修改的。
權(quán)利要求
1．移動電話機的一種功率放大器，包括一個功率放大部分；和一個非易失性存儲器，供記錄用作功率放大部分的功率放大器件的晶體管的靜態(tài)特性測定數(shù)據(jù)；其特征在于，晶體管的直流偏置電流根據(jù)功率放大部分的發(fā)射功率參照靜態(tài)特性測定數(shù)據(jù)控制。
2．如權(quán)利要求1所述的功率放大器，其特征在于，直流偏置電流是通過改變加到功率放大器件的柵壓參照靜態(tài)特性數(shù)據(jù)控制的。
3．如權(quán)利要求1所述的功率放大器，其特征在于，直流偏置電流通過固定加到功率放大器件的柵壓并參照靜態(tài)特性數(shù)據(jù)改變加到功率放大器件的漏極電壓控制。
4．如權(quán)利要求1所述的功率放大器，其特征在于，通過參照靜態(tài)特性數(shù)據(jù)改變加到功率放大器件的柵壓和漏極電壓控制直流偏置電流。
5．移動電話機的一種功率放大器，包括一個功率放大部分；一個非易失性存儲器，供記錄用作功率放大部分的功率放大器件的晶體管的靜態(tài)特性測定數(shù)據(jù)；和一個偏置控制電路，供根據(jù)功率放大部分的發(fā)射功率參照靜態(tài)特性測定數(shù)據(jù)控制晶體管的直流偏置電流；其特征在于，功率放大部分、非易失性存儲器和直流偏置控制電路都裝在一個芯片上。
6．如權(quán)利要求5所述的功率放大器，其特征在于，偏置控制電路通過參照靜態(tài)特性數(shù)據(jù)改變加到功率放大器件的柵壓控制直流偏置電流。
7．如權(quán)利要求6所述的功率放大器，其特征在于，偏置控制電路通過固定加到功率放大器件的柵壓并參照靜態(tài)特性數(shù)據(jù)改變加到功率放大器件的漏極電壓控制直流偏置電流。
8．如權(quán)利要求5所述的功率放大器，其特征在于，偏置控制電路通過參照靜態(tài)特性數(shù)據(jù)改變加到功率放大器件的柵壓和漏極電壓控制直流偏置電流。
全文摘要
移動電話機的一種功率放大器。在這種功率放大器中,功率放大部分用一個晶體管作為功率放大器件,用非易失性存儲器記錄晶體管的正特性測定數(shù)據(jù)。晶體管的直流偏置電流根據(jù)功率放大部分的發(fā)射功率參照正特性測定數(shù)據(jù)通過改變晶體管的柵壓、在柵壓固定的情況下改變晶體管的漏極電壓或改變柵壓和漏極電壓控制。
文檔編號H03G3/30GK1287407SQ00126890
公開日2001年3月14日 申請日期2000年8月31日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月31日
發(fā)明者春山真一 申請人:三星電子株式會社