專利名稱：射頻放大器偏置控制的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及射頻放大器，特別是射頻功率放大器。
射頻(RF)功率放大器廣泛地用于各種通信和其它電子應(yīng)用中。這些放大器由一級或多級級聯(lián)放大器組成，每一級都使該級輸入信號的電平以一個級增益增大。理想情況下，每級輸入到輸出的轉(zhuǎn)換是線性的;出現(xiàn)在輸出端的是幅度增大的輸入信號的完美的再現(xiàn)。但實(shí)際上，所有的功率放大器在轉(zhuǎn)換特性上都有一個非線性度。這個非線性對各種放大器工作特性產(chǎn)生不利影響，如增益特性，互調(diào)特性以及效率。
非線性放大器的轉(zhuǎn)換特性產(chǎn)生一個增益擴(kuò)展的現(xiàn)象。增益擴(kuò)展是由基極-發(fā)射極結(jié)中對輸入信號功率的調(diào)整使放大器基極-發(fā)射極電壓改變而引起的。事實(shí)上，到RF放大器的輸入信號功率改變了放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)。其結(jié)果是RF放大器的增益將以輸入信號的功率的函數(shù)而增大，因而，產(chǎn)生增益擴(kuò)展現(xiàn)象。增益擴(kuò)展是RF放大器所不希望的特性。尤其是當(dāng)放大器必須工作在動態(tài)范圍很大的輸入信號時，比如1992年三月二十日遞交的專利申請第07/855，172所公開并轉(zhuǎn)讓給本申請受托人的題為“大動態(tài)范圍調(diào)制獨(dú)立前饋放大器網(wǎng)絡(luò)”(HIGHDYNAMICMODULATIONINDEPENDENTFEEDFORWARDAMPLIFIERNETWORK)中所述的多音頻(multi-tone)線性功率放大器。在這樣的多音頻應(yīng)用中，輸入信號在很寬的動態(tài)范圍內(nèi)有穩(wěn)定的放大器增益是需要的。
同樣，非線性也引起放大器輸出信號失真，不再是輸入信號準(zhǔn)確的再現(xiàn)。這種失真產(chǎn)生被稱作互調(diào)產(chǎn)物的偽信號成分?；フ{(diào)產(chǎn)物是典型地不需要產(chǎn)物，因?yàn)樗鼘⒂绊懯褂迷摲糯笃飨到y(tǒng)的特性，產(chǎn)生干擾，串?dāng)_及其它有害影響。應(yīng)當(dāng)注意，放大器產(chǎn)生互調(diào)產(chǎn)物的量與放大器的輸入信號成正比。
另一個受非線性轉(zhuǎn)變影響的RF功率放大器的工作特性是放大器的效率。按照定義，放大器的效率是由POUT/PIN決定的。功率放大器的效率越高，達(dá)到想要的輸出電平所需的輸入功率就越小。由于增益擴(kuò)展使放大器輸出功率電平失真，所以造成在低輸出功率時放大器效率減小的不良影響。
因此，現(xiàn)有技術(shù)反映出各種意在改善放大器的一個或多個工作特性的方法和裝置，典型的方法是以犧牲其它特性為代價(jià)。由于這些參數(shù)之間關(guān)系密切，優(yōu)化任何一個都將對其它參數(shù)產(chǎn)生不良影響。因此，當(dāng)偏置放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)降低用于改善放大器的效率，互調(diào)特性和飽和點(diǎn)時，還要綜合考慮了可能的最大增益和放大器增益的平滑性(在很寬動態(tài)范圍內(nèi)穩(wěn)定的增益)。相反，當(dāng)偏置放大器的靜態(tài)工作提高以改善可能的最大增益和放大器的增益平滑性時，還要綜合考慮放大器的效率，互調(diào)特性和飽和點(diǎn)。
因此提供一個可避免現(xiàn)有技術(shù)的缺陷的能在輸入信號很寬的動態(tài)范圍內(nèi)等效RF功放的工作特性的補(bǔ)償電路是很有益的。
簡要地說，本發(fā)明是控制RF放大器的偏置電流的方法和裝置，包括檢測和RF放大器的輸出功率電平POUT成比例的信號的裝置和方法，把檢測信號和一個參考值進(jìn)行比較，調(diào)節(jié)RF放大器的偏置電流，作為比較的一個函數(shù)以控制RF放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，優(yōu)化放大器的工作特性，比如增益擴(kuò)展，互調(diào)特性和效率。
根據(jù)另一個實(shí)施例，RF放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)(偏置電流)被調(diào)節(jié)作為被檢測的RF放大器輸入功率電平PIN的函數(shù)。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的RF放大器偏置控制電路的第一個實(shí)施例;
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的RF放大器偏置控制電路的第二個實(shí)施例;
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的RF放大器偏置控制電路的第三個實(shí)施例;
圖4畫出了根據(jù)圖1，2，3的偏置控制電路的轉(zhuǎn)換函數(shù);以及圖5畫出了圖1-3所示的放大器網(wǎng)絡(luò)所期望的信號環(huán)境的一個示范。
參閱圖1以框圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的RF放大器網(wǎng)絡(luò)100。該網(wǎng)絡(luò)信號環(huán)境的示范在圖5中給出。如圖5所示，網(wǎng)絡(luò)100要輸入窄帶調(diào)制信號510和寬帶調(diào)制信號520，例如一個頻分多路(FDMA)結(jié)構(gòu)和/或碼分多路(CDMA)結(jié)構(gòu)。除了包括多種調(diào)制結(jié)構(gòu)外，RF放大器網(wǎng)絡(luò)100所需的信號環(huán)境的特征還包括輸入功率電平呈現(xiàn)很寬的動態(tài)范圍的輸入信號。
圖1中的RF功率放大器網(wǎng)絡(luò)100包括一個RF放大器102，方向性耦合器104，DC放大器106，DC轉(zhuǎn)化放大器108和二極管整流器112。在工作期間，RF輸入信號PIN由RF放大器102放大，輸出放大的輸出信號POUT。被放大的輸出信號的一部分經(jīng)過方向性耦合器104和二極管整流器112引到DC放大器106，從而把RF輸出功率電平轉(zhuǎn)換成一個DC電壓。該DC放大器106把被轉(zhuǎn)換的DC信號和一個參考值Vref相比較并把其差值放大。這個放大的差值信號輸入DC轉(zhuǎn)換放大器108進(jìn)行整形，當(dāng)放大器輸出功率電平POUT增大時，向RF放大器102提供一個減小的偏置電壓Vbias，以調(diào)整放大器偏置電流作為輸出功率電平的一個函數(shù)，控制放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)。齊納(Zenor)二極管的電壓VREF作為這一轉(zhuǎn)換的參考電壓。VREF可被改變用于調(diào)節(jié)如圖4所示沿路徑110加入RF放大器102的動態(tài)偏置轉(zhuǎn)換曲線的斜率。
參閱圖2所示的框圖結(jié)構(gòu)，是根據(jù)本發(fā)明的RF放大器網(wǎng)絡(luò)的第二個實(shí)施例。該RF放大器網(wǎng)絡(luò)200包括一個RF放大器202，電阻R1，DC放大器206，齊納二極管VREF，DC轉(zhuǎn)換放大器208。在工作期間，RF放大器102的輸出功率POUT被檢測作為集電極、電流的函數(shù)，I集電極通過路徑204加到RF放大器202上。集電極電流正比于RF放大器202的輸出功率。在這一過程中，在電源電壓為VCC的電路中，電阻R1用作I集電極的電流傳感器。
根據(jù)最佳實(shí)施例，R1是阻抗很小的電阻，其典型值為0.05-1Ω。該阻抗可使R1上產(chǎn)生一個可檢測到的電壓降，但這個電壓值很小，不足以影響整個放大器的性能。該電壓降由DC工作的放大器206放大并加到DC轉(zhuǎn)換放大器208上。
轉(zhuǎn)換放大器208是這樣構(gòu)置的，當(dāng)輸出功率POUT增加時，向RF放大器202提供一個減小的偏置電壓Vbias，從而調(diào)節(jié)放大器偏置電流作為輸出功率電平的函數(shù)，來控制放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)。齊納二極管VREF在這一轉(zhuǎn)換中用作參考值。VREF可以被改變以調(diào)節(jié)沿路210加到RF放大器202的動態(tài)偏置曲線的斜率。
參閱圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的RF放大器網(wǎng)絡(luò)300的另一個實(shí)施例。除了RF放大器偏置電流被調(diào)節(jié)成RF輸入信號功率電平PIN的函數(shù)而不是RF輸出信號功率電平POUT外，RF放大器網(wǎng)絡(luò)300基本上根據(jù)圖1的說明進(jìn)行工作。方向性耦合器312把RF輸入信號PIN加到偏置控制電路306-310，當(dāng)放大器輸入功率電平PIN增加時，提供一個減小的偏置電壓Vbias給RF放大器302，從而調(diào)節(jié)放大器偏置電流作為輸入信號功率電平的函數(shù)以控制放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)。圖4畫出了圖1，2，3的偏置控制電路的轉(zhuǎn)換函數(shù)，這一點(diǎn)對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是很明顯的。
總之，這里描述的各種偏置控制電路就是在低的輸出功率電平期間增加RF放大器的偏置電壓，而在高的輸出功率電平期間減小RF放大器的偏置電壓，以克服增益擴(kuò)展現(xiàn)象，并優(yōu)化所選中的工作特性的放大器工作，比如互調(diào)特性和效率。
權(quán)利要求
1.一種和RF放大器一起使用的偏置控制電路，所述RF放大器具有響應(yīng)于由RF放大器偏置電流建立的靜態(tài)工作點(diǎn)的多個工作特性，該電路包括和一個RF放大器相連的裝置，用于檢測和RF放大器的輸出功率電平成比例的信號；和檢測裝置相連的裝置，用于把檢測信號和一個參考值相比；以及和比較裝置及RF放大器相連的裝置，用于把RF放大器偏置電流調(diào)節(jié)成比較值的函數(shù)，以控制RF放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，并優(yōu)化選中的工作特性的RF放大器的工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中檢測裝置是一個從由RF功率檢測器和DC電流檢測器組成的一組裝置中選出的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中和RF放大器的輸出信號成比例的信號是從以下一組信號選出的RF放大器輸入信號;RF放大器輸出信號;以及代表由RF入大器控制的電流的信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中調(diào)節(jié)裝置包括一個DC放大器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中RF放大器的工作特性包括增益特性，互調(diào)特性和效率。
6.一種偏置控制電路，和有多個工作特性的RF放大器一起使用，所述RF放大器的工作特性響應(yīng)由RF放大器偏置電流建立的靜態(tài)工作點(diǎn)，該電路包括和RF放大器相連的裝置，用于檢測由RF放大器控制的DC電流;以及和檢測裝置相連的裝置和RF放大器，用于把RF放大器偏置電流調(diào)節(jié)成被檢測的DC電流的函數(shù)，控制RF放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)并優(yōu)化選中的工作特性的RF放大器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其中檢測裝置包括一個DC電流檢測器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其中檢測裝置包括和RF放大器的集電極串聯(lián)的電阻。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其中調(diào)節(jié)裝置包括一個DC放大器。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其中RF放大器工作特性包括增益特性，互調(diào)特性和效率。
全文摘要
一個和RF放大器一起使用的偏置控制電路包括和RF放大器相聯(lián)的檢測器，用于檢測和RF放大器輸出信號功率電平成比例的信號(P
文檔編號H03F1/02GK1081794SQ9310806
公開日1994年2月9日 申請日期1993年6月28日 優(yōu)先權(quán)日1992年7月2日
發(fā)明者約翰·L·所利戴 申請人:莫托羅拉公司