專利名稱：一種放大器電路以及一種用于控制射頻通訊系統(tǒng)中的放大器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及放大器電路，尤其涉及用于射頻通訊系統(tǒng)的的放大器電路。
根據(jù)有用信號和誤差信號通過構(gòu)成前饋環(huán)路的各個放大器和耦合器的分配方式，傳統(tǒng)的前饋放大器一般分成不同的類別，表示為I，II和III型。傳統(tǒng)的I型前饋放大器實現(xiàn)了高度減少交叉調(diào)制(IM)，典型地約為20dB，但是效率很低。傳統(tǒng)的I型前饋放大器僅有約5％的效率，這導致運行成本升高。
傳統(tǒng)的II型前饋放大器具有比I型放大器提高了的效率，但是II型前饋放大器具有IM減少有限的缺點。而且，傳統(tǒng)的II型放大器減少系統(tǒng)增益，典型地約為4dB。III型前饋放大器在效率和IM改善(約20dB)之間提供了一個折衷，但卻進一步減少了約7dB的系統(tǒng)增益。此外，由于III型前饋放大器的復雜性，很難控制這些放大器達到最佳減少IM。
因此，需要一種改進的放大器電路，它能提供改善的效率，容易控制，以及IM減少而沒有不良的系統(tǒng)增益降低。而且，需要一種改進的控制前饋放大器的方法。
本發(fā)明的一個方面涉及一種用于射頻系統(tǒng)的放大器電路。電路包括一個第一放大器，它具有一個接收第一信號的第一輸入端和一個第一輸出端。一個第一耦合器從第一放大器的第一輸入端取樣，并且一個第二耦合器從第一放大器的第一輸出端取樣。一個第三耦合器響應(yīng)第二耦合器的輸出和第一耦合器的輸出。第三耦合器產(chǎn)生一個誤差信號，誤差信號基本上表示第一輸入端與第一輸出端之間的差。一個第四耦合器將誤差信號與一個第二信號混合，產(chǎn)生一個復合信號。第二信號至少部分與第一放大器的第一輸入端接收的第一信號相關(guān)。一個第二放大器響應(yīng)該復合信號，并產(chǎn)生一個第二輸出。
本發(fā)明的第二方面涉及由具有一個第一輸入端和一個第一輸出端的第一放大器組成的電路。一個第二放大器響應(yīng)第一放大器的第一輸出。第二放大器具有一個接收第一信號的第二輸入端，還有一個第二輸出端。一個第一耦合器從第二放大器的第二輸入端取樣，并且一個第二耦合器從第二放大器的第二輸出端取樣。一個第三耦合器響應(yīng)第二耦合器的一個輸出并響應(yīng)第一耦合器的一個輸出，產(chǎn)生一個誤差信號，基本上表示第二輸入端和第二輸出端之間的差。一個第四耦合器從第一放大器的第一輸出端取樣。一個第五耦合器響應(yīng)第四耦合器和誤差信號，產(chǎn)生一個復合信號。復合信號經(jīng)過一個第六耦合器，該第六耦合器也響應(yīng)第二放大器的第二輸出。
結(jié)合本發(fā)明的前兩個方面產(chǎn)生另外一個方面，其中使用一個前饋校正網(wǎng)絡(luò)，使一個放大器和前置放大器的失真電平降低。一種降低放大器中誤差的方法包括一個給并列放大器注入分路信號的前置放大器。并列放大器之一的輸入和輸出樣本被比較后產(chǎn)生一個誤差信號。這個信號以第二放大器的預失真電平被注入給第二并列放大器的輸入端。這個誤差信號的電平還被設(shè)置成這樣，使得當并列放大器復合時，從并列放大器中的第一個產(chǎn)生的誤差基本上被減掉，并且由前置放大器注入的誤差也顯著地降低。
本發(fā)明的另一個方面涉及一種控制上述放大器電路的方法。該方法包括以下步驟(a)進行多個信號強度測量，每次測量在一個被測量頻率段內(nèi)的不同頻率處進行；(b)將每次測量值與一個預定閾值比較；(c)棄掉超過閾值的測量值；(d)從余下的測量值中通過挑選一個最高測量值而選出一個第一最大測量值；以及(e)根據(jù)第一最大測量值，調(diào)整一個與放大器電路耦合的振幅和相位調(diào)整電路。
通過參考下面結(jié)合附圖所作的詳細敘述，本發(fā)明本身及其預期的優(yōu)點將會受到更好的理解。


圖1-4是放大器結(jié)構(gòu)的諸優(yōu)選實施例的方框電路圖。
圖5是控制放大器電路的方法的一個優(yōu)選實施例的流程圖。
圖6是放大器電路的另一個優(yōu)選實施例的方框圖。
圖7是一個特別優(yōu)選放大器電路的更詳細的示意圖。
圖1示出本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例。一個放大器40，一個延遲器32，以及耦合器18，26和36構(gòu)成一個電路，能夠提取放大器22中產(chǎn)生的誤差信號，并在耦合器44處以適當?shù)碾娖浇o重新注入該誤差信號。這使得誤差信號能在耦合器44處注入而與輸入信號12的分量無關(guān)。
一個放大器22和一個放大器52的放大器對以及一個耦合器14和一個耦合器62，形成一個并列放大器網(wǎng)絡(luò)。在這種情況下，耦合器14和耦合器62是90°3dB耦合器，在放大器22和52之間分配功率，然后在一個輸出端64復合放大器22和52的輸出以合并功率。
在圖1的電路中，一個信號12通過耦合器14并產(chǎn)生一個信號16和一個信號45。在本優(yōu)選實施例中，這些信號16，45振幅大體上相同，并具有大約90°相位差。信號16通過耦合器18產(chǎn)生形式為信號30的信號16的樣本以及一個到放大器22的輸入信號20。信號30經(jīng)過延遲器32產(chǎn)生一個信號34。信號34然后提供一個由輸入信號12的分量組成的信號。輸入信號12的分量在下文中被稱為有用信號分量。信號20經(jīng)過放大器22，產(chǎn)生一個有用信號分量和放大器22中產(chǎn)生的一個誤差信號的復合信號24。放大器22中產(chǎn)生的誤差信號在下文中稱為第一誤差信號。一個耦合器26提供復合信號24的樣本作為信號28。信號24也經(jīng)過耦合器26和一個延遲器58，產(chǎn)生一個通向耦合器62的信號60。信號60系由有用信號分量和第一誤差信號分量組成。
復合信號28也由有用信號分量和第一誤差信號分量組成。延遲器32是這樣設(shè)置的，使得從耦合器18經(jīng)過延遲器32到耦合器36的群延遲大約等于從耦合器18經(jīng)過放大器22和耦合器26到耦合器36的群延遲。耦合器18，26和36及通過延遲器32的損耗是這樣設(shè)置的，使得在經(jīng)過耦合器36之后的信號34中有用信號分量與經(jīng)過耦合器36之后的復合信號28的有用信號分量振幅大體上相同，并且相位相差大約180°。由于有用信號分量通過耦合器36被基本上減去而剩下第一誤差信號分量，就產(chǎn)生出一個結(jié)果信號38。此結(jié)果信號38然后被放大器40放大，產(chǎn)生一個通向耦合器44的信號42。信號45通過一個延遲器46被延遲，產(chǎn)生一個也通向耦合器44的信號48。
此時，耦合器44混合信號48和信號42，產(chǎn)生一個信號50，由有用信號分量和第一誤差信號分量構(gòu)成。延遲器46是這樣設(shè)置的，使得從耦合器14經(jīng)過延遲器46到耦合器44的群延遲大約等于從耦合器14經(jīng)過耦合器18，延遲器32，耦合器36和放大器40到耦合器44的群延遲，而且兩條路徑的相位差差不多等于零。依靠本優(yōu)選實施例構(gòu)成的放大器100，這就校準了從耦合器36提取并經(jīng)過放大器40的第一誤差信號分量，使得能夠在耦合器62產(chǎn)生前饋校正。
信號50被放大器52放大，產(chǎn)生一個信號54。信號54包括有用信號分量，第一誤差信號分量，以及放大器52中產(chǎn)生的一個誤差信號。放大器52中產(chǎn)生的誤差信號在下文中稱為第二誤差信號。信號54被輸入給耦合器62。
在本優(yōu)選實施例中，出現(xiàn)在信號20中的有用信號分量與出現(xiàn)在信號50中的有用信號分量大體上相同。而且在本優(yōu)選實施例中，放大器22和放大器52是相同的或者是大體上相同的放大器。這樣，出現(xiàn)在信號24中的第一誤差信號與出現(xiàn)在信號54中的第二誤差信號大體上相同。當?shù)谝徽`差信號分量被從耦合器36提出并經(jīng)過放大器40和放大器52時，它與出現(xiàn)在信號54中的第二誤差信號大約相差180°的相位。
延遲器58被這樣設(shè)置，使得出現(xiàn)在信號60中的有用信號分量經(jīng)過耦合器62時，與經(jīng)過耦合器62之后的出現(xiàn)在信號54中的有用信號分量振幅大體相同，并且相位大致相等。由于滿足這一條件，經(jīng)過耦合器62之后出現(xiàn)在信號60中的第一誤差信號分量與經(jīng)過耦合器62之后出現(xiàn)在信號54中的第一誤差信號分量相位大約相差180°。
在本優(yōu)選實施例中，耦合器44被這樣設(shè)置，使得出現(xiàn)在信號42中的第一誤差信號分量的振幅，足以在經(jīng)過耦合器62之后，基本上減去出現(xiàn)在信號54中的第二誤差信號以及出現(xiàn)在信號60中的第一誤差信號分量。
這個結(jié)構(gòu)的一個優(yōu)點是并列放大器網(wǎng)絡(luò)的容易構(gòu)造。第二個優(yōu)點從第一誤差信號在耦合器44處注入，而與有用信號無關(guān)推出來。當控制整個放大器時，改善IM性能的調(diào)整與合并通過放大器22和52的有用信號功率被基本上隔開。
當給圖1中的放大器100加上一個前置放大器66時，可以看出這個結(jié)構(gòu)的第三個優(yōu)點。這一點示于圖2，而且也是本發(fā)明的第二個實施例。在大多數(shù)的傳統(tǒng)前饋放大器中，輸出IM性能受限于放大器66的IM性能。然而通過選擇具有與放大器22相同轉(zhuǎn)移特性的放大器66，放大器200的結(jié)構(gòu)提供了一個校正放大器66中產(chǎn)生的誤差信號的機會。在放大器66中產(chǎn)生的這一誤差信號在下文中稱為初始誤差信號。初始誤差信號通過整個放大器200從放大器66的輸出端傳送到耦合器62。因為放大器22和放大器66的轉(zhuǎn)移特性相同，所以在放大器200的輸出中由這些放大器產(chǎn)生的誤差信號基本上相同。因為這正是圖2所示的優(yōu)選實施例的情況，所以出現(xiàn)在信號50中的第一誤差信號的分量可以被調(diào)正至一個更高的電平，使得基本上減掉出現(xiàn)在信號64中的初始誤差信號分量。這樣，放大器200就充當了放大器66的一個失真后校正機構(gòu)。
另一個失真后校正電路如圖3所示，在電路300中，因為沒有放大器52，所以在耦合器44處注入的信號42中的第一誤差信號分量的數(shù)量，就是基本上減掉出現(xiàn)在信號64中的第一誤差信號分量和初始誤差信號分量所必須的數(shù)量。這一結(jié)構(gòu)300校正初始誤差信號的能力依賴于初始誤差信號和第一誤差信號的相似性。這些放大器66和22的轉(zhuǎn)移函數(shù)越接近，電路300所實現(xiàn)的對放大器66的失真后校正的效果越好。
本發(fā)明的另一個優(yōu)選實例示于圖4。所示的放大器400是一個前饋放大器，利用一個有源控制器80，提供放大器52的失真預校正，放大器66的失真后校正，以及放大器22的前饋校正。增加振幅和相位調(diào)整電路70和83，一個功率檢測器78，一個接收器88，耦合器76和84，以及控制器80共同提供一個系統(tǒng)，連續(xù)監(jiān)測放大器400，并且進行調(diào)整使放大器400在接近其最佳工作點運行。
一個衰減器被用來設(shè)置來自耦合器26的取樣信號28的振幅，使得衰減器90的輸出等于具有一個有用信號分量信號92，其振幅與信號72中所含的有用信號分量的振幅大體上相同。一個衰減量被典型地設(shè)置成這樣，信號92中的有用信號分量經(jīng)過耦合器36時的振幅，差不多在已經(jīng)通過振幅和相位調(diào)整電路70和耦合器36的信號72中所含有用信號分量的可調(diào)振幅范圍的中心。有用信號分量的振幅通過振幅和相位調(diào)整電路70中的幅移器調(diào)整。延遲元件32和振幅和相位調(diào)整電路70中所含的移相元件調(diào)整耦合器36的輸入信號，使得信號72和92中出現(xiàn)的有用信號分量在經(jīng)過耦合器36之后相位相差大約為180°。一個耦合器76被用來從信號38取樣并將樣本送給功率檢測器78。功率檢測器78與控制器80共同調(diào)整振幅和相位調(diào)整電路70，使出現(xiàn)在信號38中的被消除的有用信號分量剩余量最小。
在放大器400的運行中，很重要的一點是確定信號42中的多少第一誤差信號分量應(yīng)當被注入耦合器44。最好是有足夠的信號來基本上減掉信號54中存在的第二誤差信號，以及基本上減掉信號64中存在的第一誤差信號分量和初始誤差信號分量。注入的第一誤差信號的量由控制器80通過從接收器88采集的信息來確定。利用該信號，調(diào)整振幅和相位調(diào)整電路83來減掉信號64中存在的誤差信號。
還應(yīng)該理解的是，對這個前饋系統(tǒng)的控制最好使用一種與輸出失真直接相關(guān)的方法。利用這樣的控制方法，圖4中所示的優(yōu)選實施例易于構(gòu)造且易于控制。這個放大器400的一個顯著優(yōu)點是使用一個更有效的前置放大器例如放大器66的能力。在傳統(tǒng)前饋放大器中，前置放大器是典型的低效率放大器，因為這樣一個放大器的線性度通常需要滿足放大器400的總線性度的要求。在本優(yōu)選實施例中，由于放大器66的失真后校正是與放大器22的前饋校正和放大器52的失真預校正一道形成的，所以前置放大器66可以是更有效的一類，例如AB或C類放大器，從而改善了整個放大器系統(tǒng)400的效率。借助失真后校正放大器66的能力，前置放大器66可以是除A類之外的任何類型的放大器，因為A類放大器效率不高。
為了控制放大器40，首先，讀出振幅和相位調(diào)整電路70的當前設(shè)置值。然后，振幅和相位調(diào)整電路70中所含的移相器步測數(shù)值，并且記錄一個新的測量值。將這一新的測量值與當前測量值比較。如果新的測量值小于當前測量值，則移相器留在新的設(shè)置值并重復該過程。如果新的測量值大于當前測量值，則移相器回到它的先前設(shè)置值，步測方向反向，并且記下方向的改變。重復該過程直到已記下三次方向改變?yōu)橹?。振幅和相位調(diào)整電路70中所含的移相器然后留在這個設(shè)置值上，并且振幅和相位調(diào)整電路70中的幅移器通過一個類似的過程調(diào)整。然后振幅和相位調(diào)整電路83用一個感興趣的不同測量值重復上述過程。用這一辦法，調(diào)整振幅和相位調(diào)整電路70和83，使它們的感興趣測量值基本上被減掉。
對于振幅和相位調(diào)整電路70，感興趣的測量值是功率檢測器78的功率測量值。對于振幅和相位調(diào)整電路83，圖5中詳細講述的測量與接收器88的接收信號強度指示器(RSSI)相關(guān)。對于振幅和相位調(diào)整電路83的感興趣的測量，在502首先步測接收器88。下一步在504，進行接收信號強度指示器(RSSI)的測量。在506，進行當前讀數(shù)和一個先前RSSI讀數(shù)之間的比較。如果當前讀數(shù)大于上一次的讀數(shù)，則過程繼續(xù)返回到502。然而如果當前讀數(shù)不大于上一次的讀數(shù)，則過程進到步驟508，將當前讀數(shù)作為一個最大值讀數(shù)(下文中稱之為新的最大值)存起來。
下一步，在510，接收器88再次步測，并且在512讀出另一個RSSI測量值。在514，將當前RSSI讀數(shù)與上一次讀數(shù)進行比較，如果當前讀數(shù)大于上次讀數(shù)，則過程返回510。然而，如果當前讀數(shù)不小于上次讀數(shù)，則在516做一次比較，以確定新的最大值是否大于一個預定的閾值。如果大于，則在518棄掉這個新的最大值。然而，如果新的最大值不比閾值大，則過程繼續(xù)到520。在520，將新的最大值與所記錄到的最大的最大值進行比較。如果新的最大值大于所記錄的最大的最大值，則新的最大值在524作為最大的最大值被保存。否則，新的最大值在522被棄掉。
上述過程一直繼續(xù)到接收器88已經(jīng)測完感興趣的整個頻率段為止。這樣，本優(yōu)選方法就查出最高的局部最大值，它不超過預定的閾值。根據(jù)該不超過閾值的最大測量值，控制器80利用此信息來調(diào)整振幅和相位調(diào)整電路83力圖使該局部最大RSSI值最小。
振幅和相位調(diào)整電路70和83被定期地調(diào)整并與通過參照圖5所述方法確定的最大值進行比較。在本優(yōu)選實施例中，調(diào)整振幅和相位調(diào)整電路70和83的相位設(shè)置值和振幅設(shè)置值力圖使關(guān)心的測量值最小。
按圖3所示構(gòu)成的放大器300將所有用于實際校正的數(shù)值均固定在一個理想的運行條件下。加上幾個元件，能夠?qū)崿F(xiàn)在許多運行條件下的能動校正。這樣結(jié)構(gòu)的一個例子如圖6所示。
增加振幅和相位調(diào)整電路70和83，功率檢測器78，接收器88，控制器80，以及增加耦合器76和84構(gòu)成一個用于失真后校正放大器的控制系統(tǒng)。
這種控制前饋放大器電路的方法具有許多優(yōu)點。例如，它提供了一種控制方法，利用放大器66的失真后校正結(jié)構(gòu)和放大器52的失真預校正，直接響應(yīng)放大器電路400輸出中存在的IM。這種方法還提供了一種不必存儲大量頻譜信息而將失真信號與有用信號分開的方式。這種方法還只需要很少的處理資源，并且能夠應(yīng)用于圖2所示的結(jié)構(gòu)和圖5所示的結(jié)構(gòu)。
另外一個特別的實施例示于圖7。關(guān)于具體元件的進一步的詳情是可以參考Motorola Supercell SCTM9600基地臺，以及參考“線性功率放大器設(shè)備說明”，這兩個材料可從位于1501W，Shure Drive，ArlingtonHeights，Illinois 60004的Mtorola公司蜂窩資料服務(wù)部獲得。
上述設(shè)備和方法的進一步的優(yōu)點和改進，對于熟悉技術(shù)的那些人員來說是很容易想得到的。因此更廣泛的方面看，本發(fā)明不局限于上述的具體細節(jié)，典型設(shè)備。和圖示說明的實例。只要不違反本發(fā)明的范圍和精神，可以對上述細節(jié)進行各種修改和變化，并且如果它們包括在下面的權(quán)利要求及其等同物范圍內(nèi)的話，本發(fā)明試圖涵蓋所有這些修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于射頻系統(tǒng)的放大器電路，所述電路包括一個第一放大器，具有一個接收第一信號的第一輸入端和一個第一輸出端；一個第一耦合器，從第一放大器的第一輸入端取樣；一個第二耦合器，從第一放大器的第一輸出端取樣；一個第三耦合器，響應(yīng)第二耦合器的輸出，而且響應(yīng)第一耦合器的輸出，所述第三耦合器產(chǎn)生一個誤差信號，大體上表示第一輸入端與第一輸出端之間的差；一個第四耦合器，響應(yīng)誤差信號，以及響應(yīng)一個第二信號并產(chǎn)生一個復合信號，所述第二信號至少與第一放大器的第一輸入端接收的第一信號部分相關(guān)；以及一個第二放大器，具有一個響應(yīng)復合信號的第二輸入端，并具有一個第二輸出端。
2.權(quán)利要求1的電路，其中所述第二放大器具有一個與所述第四耦合器耦合的第二輸入端。
3.權(quán)利要求1的電路，還包括一個與所述第一耦合器耦合的分路器，所述分路器產(chǎn)生所述第一信號和所述第二信號。
4.權(quán)利要求3的電路，還包括一個響應(yīng)所述分路器的延遲電路，所述延遲電路接收所述分路器的一個輸出并產(chǎn)生所述第二信號。
5.權(quán)利要求1的電路，還包括一個第五耦合器，響應(yīng)第一放大器的第一輸出和第二放大器的第二輸出。
6.權(quán)利要求1的電路，還包括一個振幅和相位調(diào)整電路，其中至少所述耦合器之一響應(yīng)所述振幅和相位調(diào)整電路。
7.一種調(diào)整與一個前饋放大器電路耦合的振幅和相位調(diào)整電路的方法，所述方法包括下面的步驟(a)進行多個信號強度測量，每次測量在被測量頻率段內(nèi)的不同頻率處進行，以確定一個局部最大值；(b)將局部最大值與一個預定的載波閾值比較；(c)棄掉超過閾值的測量值；(d)通過從余下的局部最大值中挑選最高測量值而選出一個第一最大測量值；以及(e)根據(jù)第一最大測量值，調(diào)整振幅和相位調(diào)整電路。
8.一種用于射頻系統(tǒng)的放大器電路，所述放大器電路包括一個第一放大器，具有一個第一輸入端和一個第一輸出端；一個第二放大器，響應(yīng)所述第一放大器的所述第一輸出端，所述第二放大器具有一個接收第一信號的第二輸入端和一個第二輸出端；一個第一耦合器，從第二輸入端取樣；一個第二耦合器，從第二放大器的第二輸出端取樣；一個第三耦合器，響應(yīng)第二耦合器的輸出，并響應(yīng)第一耦合器的輸出，所述第三耦合器產(chǎn)生一個誤差信號，大體上表示第二輸入端與第二輸出端之間的差；一個第四耦合器，從第一放大器的第一輸出端取樣；一個第五耦合器，響應(yīng)所述第四耦合器和所述誤差信號，并產(chǎn)生一個復合信號；以及一個第六耦合器，響應(yīng)第二放大器的第二輸出，并響應(yīng)誤差信號。
9.權(quán)利要求8的放大器電路，還包括一個第三放大器，響應(yīng)所述第五耦合器。
10.一種在放大器電路中減掉誤差的方法，包括下面步驟從一個前置放大器給第一和第二放大器注入一個分路信號，所述第一和第二放大器大體上是并列布置；從第一放大器的輸入端和輸出端取樣；通過比較輸入端的樣本和輸出端的樣本而產(chǎn)生一個誤差信號；以及在第二放大器的一個輸入中以第二放大器的預失真電平注入誤差信號，該電平足以在一個第一和第二放大器的合成輸出中，基本上減掉來自第一放大器的誤差，以及減掉來自前置放大器的誤差。
全文摘要
一種用于射頻系統(tǒng)的放大器電路(100)。電路包括一個第一放大器(22)，具有一個接收第一信號(16)的第一輸入端(20)和一個第一輸出端(24)。一個第一耦合器(18)從第一放大器(22)的第一輸入端(20)取樣，一個第二耦合器(26)從第一放大器(22)的第一輸出端(24)取樣。一個第三耦合器(36)然后比較第二耦合器的一個輸出(28)和第一耦合器的一個輸出(34)，產(chǎn)生一個大體上表示第一輸入端(20)與第一輸出端(24)之間的差的誤差信號(38)。一個第四耦合器(44)將第二信號(48)與誤差信號(38)混合，產(chǎn)生一個復合信號(50)，第二信號(48)至少與第一放大器的第一輸入端(20)接收的第一信號(16)部分相關(guān)。一個第二放大器(52)響應(yīng)復合信號(50)并產(chǎn)生一個第二輸出端(54)。
文檔編號H03F1/32GK1166244SQ96191230
公開日1997年11月26日 申請日期1996年8月5日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月17日
發(fā)明者馬克·奧伯曼, 保羅·埃弗蓮 申請人:摩托羅拉公司