專利名稱：功率放大器電路以及其初始化方法和功率放大方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電路，尤其是一種功率放大器電路。本發(fā)明還涉及一 種功率放大器電路的初始化方法和功率放大方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代的通信系統(tǒng)中功率放大器是必不可少的一部分，在基站中它的
成本可以占到30%左右。它用于對模擬信號進(jìn)行放大，使之便于傳輸。其 主要參數(shù)是增益、線性和效率。
其中，增益是指功率放大器對射頻信號的放大倍數(shù)，通常單位是dB， 用來表示功率放大器的輸出信號與輸入信號的比值。通常系統(tǒng)會要求功率 放大器有穩(wěn)定的增益。
線性表征功率放大器能否真實(shí)地放大信號。功率放大器的線性越好， 則對被放大信號的失真越小。而通訊系統(tǒng)中如果線性差，會惡化誤碼率(EVM 增加)、增加臨道干擾(ACPR增大)，從而影響自己和他人的通話質(zhì)量或信 息傳輸質(zhì)量。
效率是指功率放大器把多少的輸入能量(包含信號輸入和直流輸入) 轉(zhuǎn)化成被放大了的信號能量輸出。高的效率是通訊系統(tǒng)功率放大器的重要 指標(biāo)，直接影響到系統(tǒng)的受熱程度、可靠性和成本。所以在滿足線性的前 提下，要求效率越高越好。
如果想要功率放大器能夠增益穩(wěn)定地工作在比較好的線性和效率指標(biāo)
下，就必須保證功率放大器的末級甚至末前級的LDM0S功率管能夠隨時(shí)工 作在所能達(dá)到高線性和高效率下，并且增益保持高穩(wěn)定性。但是LDM0S功 率管一般都是對溫度變化非常敏感的，必須隨溫度變化實(shí)時(shí)調(diào)整其偏置電 壓才能使其一直工作在最好的狀態(tài)，這種隨溫度實(shí)時(shí)調(diào)整LDM0S功率管偏 置電壓的技術(shù)就稱之為溫度補(bǔ)償技術(shù)。
現(xiàn)有的溫度補(bǔ)償技術(shù)一般是先測得LDM0S功率管的增益隨溫度變化曲 線，再利用一個負(fù)溫度系數(shù)的器件來近似的調(diào)整LDM0S功率管偏置電壓， 達(dá)到溫度補(bǔ)償?shù)男Ч?。但是這種做法的缺點(diǎn)很多。首先是受到器件一致性 的影響， 一般L畫0S功率管的一致性都不太好，都用同樣的曲線去補(bǔ)償會 使功率放大器的指標(biāo)參差不齊，造成不良率提高。其次，現(xiàn)有的溫度補(bǔ)償 技術(shù)都是對L函0S功率管的增益進(jìn)行補(bǔ)償，不能對線性和效率進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào) 整，這樣功率放大器在高溫或低溫工作環(huán)境中是不能工作在最佳狀態(tài)的。
現(xiàn)有的溫度補(bǔ)償都是針對功率放大器的靜態(tài)電流和增益來進(jìn)行補(bǔ)償， 通常先測出溫度變化時(shí)保持增益不變的偏置電壓值，如圖1中的1號線， 然后再用一個輸出電壓隨溫度變化的器件，比如三極管，對偏置端的的電 壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，補(bǔ)償后的偏置電壓如圖1中的2號線。
溫度補(bǔ)償前后的增益變化趨勢如圖2所示，l號線為補(bǔ)償前，2號線為 補(bǔ)償后。
可見這樣的溫度補(bǔ)償并不能保證增益的高度穩(wěn)定性的要求，而且這種 針對增益的溫度補(bǔ)償無法保證功率放大器的線性和效率在高低溫下的指 標(biāo)，對于線性和效率要求比較高或者有很高增益穩(wěn)定度要求的功率放大器
就無法用這種方法達(dá)到要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種功率放大器電路，以及這種功 率放大器電路的初始化方法和功率放大方法，能夠隨溫度變化實(shí)時(shí)調(diào)整功 率管的工作狀態(tài)，使功率放大器電路一直工作在增益穩(wěn)定、線性和效率都 是最佳的狀態(tài)。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明功率放大器電路的技術(shù)方案是，包括 功率管電路，對輸入信號進(jìn)行功率放大；
壓控衰減器，連接到所述功率管電路，對功率放大時(shí)的增益進(jìn)行控制
和調(diào)節(jié)；
第一偏置電路，連接到所述功率管電路的偏置端，控制功率管電路工 作的偏置電壓；
數(shù)字電位器，所述數(shù)字電位器包括溫度傳感器、存儲器和第一可變電 阻，所述存儲器中存儲有各個溫度數(shù)據(jù)與所述第一可變電阻的電阻值相對 應(yīng)的信息，所述溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)之后，所述第一可變電阻的電阻 值調(diào)節(jié)至所述存儲器中與該溫度數(shù)據(jù)相對應(yīng)的電阻值，所述第一可變電阻 連接到所述第一偏置電路中，對所述功率管電路的偏置電壓進(jìn)行控制。
本發(fā)明功率放大器電路的初始化方法的技術(shù)方案是，在各個不同的溫 度下分別對所述第一可變電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)，以改善所述功率放大器電路的評 價(jià)指標(biāo)，并且記錄在各個溫度下第一可變電阻阻值的數(shù)據(jù)，將溫度數(shù)據(jù)與 阻值數(shù)據(jù)相對應(yīng)，并存儲在所述存儲器中。
本發(fā)明功率放大器電路的功率放大方法的技術(shù)方案是，所述數(shù)字電位 器的溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)，所述存儲器在其存儲的信息中查找與所述 溫度傳感器采集的溫度數(shù)據(jù)相對應(yīng)的電阻值，并且控制所述第一可變電阻 以該電阻值連接到所述第一偏置電路中，從而控制所述功率管電路的偏置 電壓。
本發(fā)明通過設(shè)置有數(shù)字電位器，實(shí)時(shí)的根據(jù)溫度數(shù)據(jù)調(diào)整功率放大器 電路的偏置電壓，使得功率放大器電路在不同的溫度之下都在增益穩(wěn)定、 效率和線性俱佳的情況下工作，大大提高了功率放大器電路的性能。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明 圖1為現(xiàn)有的溫度補(bǔ)償電路中線性、效率和增益的溫度補(bǔ)償曲線圖； 圖2為現(xiàn)有的溫度補(bǔ)償電路中增益的溫度補(bǔ)償曲線圖； 圖3為本發(fā)明功率放大器電路的結(jié)構(gòu)框圖； 圖4為本發(fā)明功率放大器電路實(shí)施例的電路圖； 圖5為本發(fā)明功率放大器電路進(jìn)行初始化時(shí)的結(jié)構(gòu)框圖； 圖6為本發(fā)明功率放大器電路的線性、效率和增益的溫度補(bǔ)償曲線圖； 圖7為本發(fā)明功率放大器電路的增益的溫度補(bǔ)償曲線圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明功率放大器電路的結(jié)構(gòu)可參見圖3和圖4所示，包括 功率管電路，對輸入信號進(jìn)行功率放大，在圖4中，功率管V1及其周 邊電路負(fù)責(zé)對功率進(jìn)行放大，之后由端口 RFout輸出放大后的信號；
壓控衰減器，連接到所述功率管電路，對功率放大時(shí)的增益進(jìn)行控制
和調(diào)節(jié)，在圖4中，壓控衰減器Nl連接到所述功率管VI上，對整個功率 放大器電路的增益進(jìn)行控制調(diào)節(jié)；
第一偏置電路，連接到所述功率管電路的偏置端，控制功率管電路工 作的偏置電壓；在圖4中，第一偏置電路由運(yùn)算放大器A1B及其周邊的電 路組成，該偏置電路可以對功率管V1的偏置電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制；
數(shù)字電位器，所述數(shù)字電位器包括溫度傳感器、存儲器和第一可變電 阻，所述存儲器中存儲有各個溫度數(shù)據(jù)與所述第一可變電阻的電阻值相對 應(yīng)的信息，所述溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)之后，所述第一可變電阻的電阻 值調(diào)節(jié)至所述存儲器中與該溫度數(shù)據(jù)相對應(yīng)的電阻值，所述第一可變電阻 連接到所述第一偏置電路中，對所述功率管電路的偏置電壓進(jìn)行控制，在 圖4中，數(shù)字電位器D1的H1和L1端口就是所述第一可變電阻的兩端，它 們被連接到由所述運(yùn)算放大器A1B組成的第一偏置電路中，通過改變H1和 Ll之間的電阻值，可以影響功率管VI的偏置電壓，從而對功率管的偏置電 壓進(jìn)行控制。
還包括第二偏置電路，所述數(shù)字電位器中還包括第二可變電阻，所述 存儲器中存儲有各個溫度數(shù)據(jù)與所述第二可變電阻的電阻值相對應(yīng)的信 息，所述溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)之后，所述第二可變電阻的電阻值調(diào)節(jié) 至所述存儲器中與該溫度數(shù)據(jù)相對應(yīng)的電阻值，所述第二偏置電路連接到 所述壓控衰減器的控制端，所述第二可變電阻連接到所述第二偏置電路中， 對所述壓控衰減器進(jìn)行控制，從而控制功率放大器電路的增益。在圖4中，
由運(yùn)算放大器A1A及其周邊電路組成了所述第二偏置電路，所述數(shù)字電位
器Dl中的第二可變電阻的兩端為H0和LO，所述第二可變電阻連接到由A1A 組成的第二偏置電路中，通過所述第二可變電阻阻值的調(diào)節(jié)，可以對所述 第二偏置電路的輸出產(chǎn)生影響，而第二偏置電路的輸出端連接到所述壓控 衰減器N1的控制端，因此第二可變電阻可以對所述壓控衰減器N1進(jìn)行控 制。
實(shí)際上，所述第一可變電阻和所述第二可變電阻可以分別采用兩個數(shù) 字電位器，即兩個可變電阻都有各自的溫度傳感器和存儲器進(jìn)行控制。但 是由于兩個可變電阻阻值變化所依據(jù)的溫度數(shù)據(jù)是一致的，為了節(jié)約成本 和簡化電路結(jié)構(gòu)，所述一個數(shù)字電位器中包含有不少于兩個可變電阻，所 述數(shù)字電位器中的存儲器中存儲有各個溫度數(shù)據(jù)與各個可變電阻的電阻值 相對應(yīng)的信息，所述溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)之后，所述各個可變電阻的 電阻值調(diào)節(jié)至所述存儲器中與該溫度數(shù)據(jù)相對應(yīng)的電阻值。
本發(fā)明還提供了一種上述功率放大器電路的初始化方法，先將所述功 率放大器電路連接成如圖5所示的結(jié)構(gòu)，將所述數(shù)字電位器通過數(shù)據(jù)接口 連接到計(jì)算機(jī)上，由測試系統(tǒng)1對所述功率放大器電路提供電源和信號源， 所述功率放大器電路進(jìn)行功率放大之后的信號由所述測試系統(tǒng)2的功率計(jì) 和頻譜儀進(jìn)行測定，所述測試系統(tǒng)1和所述測試系統(tǒng)2也都連接到計(jì)算機(jī) 上，將電源、信號源、功率及波形等信息傳輸給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處 理。在圖4中，數(shù)字電位器D1的SDA端和SCL端與計(jì)算機(jī)連接，由計(jì)算機(jī) 對數(shù)字電位器進(jìn)行控制和讀寫操作，而WP1為寫保護(hù)端，這時(shí)需要將寫保
護(hù)關(guān)閉，使得計(jì)算機(jī)可以對數(shù)字電位器進(jìn)行寫操作。在各個不同的溫度下 計(jì)算機(jī)分別對所述第一可變電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)，以改善所述功率放大器電路的 評價(jià)指標(biāo)，并且記錄在各個溫度下第一可變電阻阻值的數(shù)據(jù)，將溫度數(shù)據(jù) 與阻值數(shù)據(jù)相對應(yīng)，并存儲在所述存儲器中。所述評價(jià)指標(biāo)或者是功率放 大器電路的線性，或者是功率放大器電路的效率，或者是功率放大器電路 線性和效率的綜合水平。由于應(yīng)用于不同的場合，對于功率放大器電路的 要求是不一樣的，例如，有些地方對功率放大器電路的線性要求很高，這 就可以以線性為評價(jià)指標(biāo)對所述可變電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)；有些地方對效率要求 很高，那就以效率作為評價(jià)指標(biāo)；還有些地方對線性和效率都有要求，這 就需要綜合線性和效率的數(shù)據(jù)對可變電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)。這些評價(jià)指標(biāo)的數(shù)據(jù) 可以通過計(jì)算機(jī)采集所述測試系統(tǒng)1和所述測試系統(tǒng)2的數(shù)據(jù)，進(jìn)行比較 和計(jì)算后得出。
此外，計(jì)算機(jī)在各個不同的溫度下也分別對所述第二可變電阻進(jìn)行調(diào) 節(jié)，以改善所述功率放大器電路的增益，并且記錄在各個溫度下第二可變 電阻阻值的數(shù)據(jù)，將溫度數(shù)據(jù)與阻值數(shù)據(jù)相對應(yīng)，并存儲在所述存儲器中。 所述功率放大器電路的增益也由計(jì)算機(jī)經(jīng)過采集測試系統(tǒng)1和測試系統(tǒng)2 的數(shù)據(jù)后計(jì)算得到。
在經(jīng)過初始化之后，所述數(shù)字電位器的存儲器中就會存儲有一個數(shù)據(jù) 表，這個數(shù)據(jù)表中記錄了溫度與可變電阻阻值的對應(yīng)關(guān)系，之后所述功率 放大器電路進(jìn)行工作的時(shí)候就可以根據(jù)該數(shù)據(jù)表變化可變電阻的阻值。
本發(fā)明還提供了一種功率放大方法，在經(jīng)過上述初始化的步驟之后，
將所述計(jì)算機(jī)與所述數(shù)字電位器斷開，并且打開數(shù)字電位器的寫保護(hù)，防 止數(shù)字電位器的存儲器中的信息被修改，所述數(shù)字電位器的溫度傳感器采 集溫度數(shù)據(jù)，所述存儲器在其存儲的信息中查找與所述溫度傳感器采集的 溫度數(shù)據(jù)相對應(yīng)的電阻值，并且控制所述第一可變電阻以該電阻值連接到 所述第一偏置電路中，從而控制所述功率管電路的偏置電壓。
所述數(shù)字電位器的溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)，所述存儲器在其存儲的 信息中査找與所述溫度傳感器采集的溫度數(shù)據(jù)相對應(yīng)的電阻值，并且控制 所述第二可變電阻以該電阻值連接到所述第二偏置電路中，以此對所述壓 控衰減器進(jìn)行控制，從而控制功率放大器電路的增益。
在實(shí)際應(yīng)用中， 一般功率管會采用LDM0S功率管，采用本發(fā)明的電路
結(jié)構(gòu)、初始化方法及功率放大方法之后，線性、效率及增益的溫度補(bǔ)償曲
線如圖6所示，其中1號線為原本需要的增益溫度補(bǔ)償曲線，2號線為線性 和效率的溫度補(bǔ)償曲線。利用本發(fā)明中計(jì)算機(jī)自動調(diào)試的方式可以使得電 路工作狀態(tài)很逼近2號線，計(jì)算機(jī)自動調(diào)試的方式是利用計(jì)算機(jī)對數(shù)字電 位器進(jìn)行電阻控制，調(diào)節(jié)LDM0S功率管的偏置電壓，同時(shí)讀取功率放大器 的溫度數(shù)據(jù)、電源的電流數(shù)據(jù)、功率計(jì)的功率數(shù)據(jù)以及頻譜儀的線性數(shù)據(jù)， 通過一定的算法來綜合線性和效率指標(biāo)，再來控制數(shù)字電位器的電阻值， 閉環(huán)使數(shù)字電位器輸出的電阻值對應(yīng)溫度的變化可以讓功率放大器一直處 于高線性和高效率。這樣就可以讓功率放大器的線性在全溫度范圍內(nèi)都有 很好的表現(xiàn)，但是增益隨溫度變化的曲線就有可能變得不規(guī)律，如圖8所 示。本發(fā)明利用第二可變電阻對功率放大器電路中的壓控衰減器的控制電
壓進(jìn)行控制，從而完成對增益的控制。
增益的溫度補(bǔ)償同樣用計(jì)算機(jī)自動控制數(shù)字電位器的輸出電阻，利用 此第二可變電阻分壓后的電壓值作為壓控衰減器的控制電壓，同時(shí)讀取功 率計(jì)的功率數(shù)據(jù)以達(dá)到閉環(huán)控制的目的。增益補(bǔ)償前后的曲線如圖7所示， 1號線為增益補(bǔ)償前的曲線，此曲線是傳統(tǒng)的增益補(bǔ)償方式無法進(jìn)行補(bǔ)償 的，2號線為補(bǔ)償后的曲線。
最后，把計(jì)算機(jī)自動調(diào)節(jié)出來的溫度補(bǔ)償數(shù)據(jù)寫入數(shù)字電位器的存儲
器中，該存儲器通常會采用EEPR0M。功率放大器電路在不同的溫度點(diǎn)工作 的時(shí)候，數(shù)字電位器就會自動根據(jù)溫度的不同來調(diào)整可變電阻的電阻值， 這樣功率放大器電路里的LDM0S功率管的偏置電壓和壓控衰減器的控制電 壓就會隨之實(shí)時(shí)變化，功率放大器就可以在全溫度范圍內(nèi)都工作在高線性、 高效率和很高的增益穩(wěn)定度狀態(tài)了 。
權(quán)利要求
1.一種功率放大器電路，其特征在于，包括功率管電路，對輸入信號進(jìn)行功率放大；壓控衰減器，連接到所述功率管電路，對功率放大時(shí)的增益進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)；第一偏置電路，連接到所述功率管電路的偏置端，控制功率管電路工作的偏置電壓；數(shù)字電位器，所述數(shù)字電位器包括溫度傳感器、存儲器和第一可變電阻，所述存儲器中存儲有各個溫度數(shù)據(jù)與所述第一可變電阻的電阻值相對應(yīng)的信息，所述溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)之后，所述第一可變電阻的電阻值調(diào)節(jié)至所述存儲器中與該溫度數(shù)據(jù)相對應(yīng)的電阻值，所述第一可變電阻連接到所述第一偏置電路中，對所述功率管電路的偏置電壓進(jìn)行控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器電路，其特征在于，還包括第二 偏置電路，所述數(shù)字電位器中還包括第二可變電阻，所述存儲器中存儲有 各個溫度數(shù)據(jù)與所述第二可變電阻的電阻值相對應(yīng)的信息，所述溫度傳感 器采集溫度數(shù)據(jù)之后，所述第二可變電阻的電阻值調(diào)節(jié)至所述存儲器中與 該溫度數(shù)據(jù)相對應(yīng)的電阻值，所述第二偏置電路連接到所述壓控衰減器的 控制端，所述第二可變電阻連接到所述第二偏置電路中，對所述壓控衰減 器進(jìn)行控制，從而控制功率放大器電路的增益。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器電路，其特征在于，所述一個數(shù) 字電位器中包含有不少于兩個可變電阻，所述數(shù)字電位器中的存儲器中存 儲有各個溫度數(shù)據(jù)與各個可變電阻的電阻值相對應(yīng)的信息，所述溫度傳感 器采集溫度數(shù)據(jù)之后，所述各個可變電阻的電阻值調(diào)節(jié)至所述存儲器中與 該溫度數(shù)據(jù)相對應(yīng)的電阻值。
4. 一種如權(quán)利要求1所述的功率放大器電路的初始化方法，其特征在 于，在各個不同的溫度下分別對所述第一可變電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)，以改善所述 功率放大器電路的評價(jià)指標(biāo)，并且記錄在各個溫度下第一可變電阻阻值的 數(shù)據(jù)，將溫度數(shù)據(jù)與阻值數(shù)據(jù)相對應(yīng)，并存儲在所述存儲器中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的功率放大器電路的初始化方法，其特征在于，所述評價(jià)指標(biāo)或者是功率放大器電路的線性，或者是功率放大器電路的效 率，或者是功率放大器電路線性和效率的綜合水平。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的功率放大器電路的初始化方法，其特征在于， 在各個不同的溫度下分別對所述第二可變電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)，以改善所述功率 放大器電路的增益，并且記錄在各個溫度下第二可變電阻阻值的數(shù)據(jù)，將 溫度數(shù)據(jù)與阻值數(shù)據(jù)相對應(yīng)，并存儲在所述存儲器中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4或6所述的功率放大器電路的初始化方法，其特征 在于，先將所述數(shù)字電位器通過數(shù)據(jù)接口連接至計(jì)算機(jī)上，由計(jì)算機(jī)在不 同的溫度下對所述可變電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)，并在所述存儲器中存儲溫度數(shù)據(jù)與 阻值數(shù)據(jù)相對應(yīng)的信息。
8. —種如權(quán)利要求1所述的功率放大器電路的功率放大方法，其特征 在于，所述數(shù)字電位器的溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)，所述存儲器在其存儲 的信息中查找與所述溫度傳感器采集的溫度數(shù)據(jù)相對應(yīng)的電阻值，并且控 制所述第一可變電阻以該電阻值連接到所述第一偏置電路中，從而控制所 述功率管電路的偏置電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的功率放大方法，其特征在于，所述數(shù)字電位 器的溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)，所述存儲器在其存儲的信息中查找與所述 溫度傳感器采集的溫度數(shù)據(jù)相對應(yīng)的電阻值，并且控制所述第二可變電阻 以該電阻值連接到所述第二偏置電路中，以此對所述壓控衰減器進(jìn)行控制， 從而控制功率放大器電路的增益。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種功率放大器電路，其包括有數(shù)字電位器，所述數(shù)字電位器包括有溫度傳感器、存儲器和可變電阻，存儲器中存儲有溫度數(shù)據(jù)與可變電阻阻值的對應(yīng)信息，所述可變電阻連接到偏置電路中，對功率放大器電路的線性、效率和增益進(jìn)行控制。本發(fā)明還公開了上述功率放大器電路的初始化方法，其包括在各個不同的溫度記錄使電路的線性和效率以及增益都達(dá)到較好指標(biāo)時(shí)，數(shù)字電位器中可變電阻的阻值。本發(fā)明還公開了一種功率放大器電路功率放大的方法，其根據(jù)溫度傳感器采集的溫度信息變化可變電阻的阻值，進(jìn)而對功率管電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其在不同的溫度下都具有較好的線性、效率和增益。
文檔編號H03F1/30GK101106356SQ20071009399
公開日2008年1月16日 申請日期2007年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月1日
發(fā)明者劉德復(fù), 袁安偉, 閆志國, 華 韓 申請人:銳迪科無線通信技術(shù)(上海)有限公司