CN100426661C - 减少功率放大器互调失真的方法 - Google Patents

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Abstract

通常,本发明涉及一种提高无线电频率功率放大器性能的方法和装置。更特别的,本发明公开了与无线电频率线性功率放大器相结合以便减小放大的信号的互调失真的功率升压器的用途。

Description

减少功率放大器互调失真的方法
技术领域
本发明通常涉及功率放大器***,特别是一种通过将互调失真减到最少而提高射频功率放大器的线性性。
背景技术
本申请要求2000年2月9日提出的美国临时专利申请No.60/181,345(代理人号No.004711.P001Z)以及2000年2月28日提出的美国临时专利申请No.60/185,311(代理人号No.004711.P002Z)的权利。
例如蜂窝***操作者的通信服务供应者服从由联邦电讯委员会(FCC)制定的很严格的频带宽度使用限制条件。联邦通信委员会许可在无线电频谱中的传输通道并且要求信号限制在确定的发射限制屏蔽范围内,以免由信号偏离或者溢出到邻近的传输通道所引起的干扰。″发射屏蔽″是一种功率谱密度包络。最大发射功率允许随着从名义上的配置中心频率的频偏的功能而变化。换句话说,发射屏蔽决定可以在特殊的频率上发射的极限功率,其中每个频率在信道分配里面。这要求边带溢出,许可的频道以外的能量急剧地衰减。
当实现数字地基于例如码分多址(CDMA)或者时分多址(TDMA)的调制格式的调制解调时,满足这些发射屏蔽要求特别困难。使用上述调制需要非常线性的信号处理***和部件来衰减该边带以满足联邦通信委员会的要求。在无线电频率上设计线性部件,特别地是功率放大器,是代价高的并且很难实现。
无线电频率(RF)线性功率放大器(LPA)典型地用于数字蜂窝基站以提高传输信号的功率。用于蜂窝通信的RF功率放大器典型地运行在兆赫(MHz)和千兆赫(GHz)频率区域。提高传输信号通常需要具有峰值到平均功率输出(动态的净空高度)的高比率的LPA,典型地至少10dB。该挑战将设计可以提供上述动态的净空高度,最小化边带溢出而不使提高的信号失真的LPAs。
典型地,传统的LPA设计,为了实现新的执行过程所需要的动态净空高度在增加附加RF功率晶体管的数目上已经减轻了。然而,使用RF功率晶体管具有提高全部的元件计算、制造成本、和LPA直流电消耗量的较高的不希望有的影响。
在设计线性RF功率放大器中的一个基本问题是功率放大器是固有地非线性的装置并且产生有害的互调失真(IMD)。
线性性指功率放大器的一种特征,在输入信号和输出信号之间有一个基本上恒定的(线性)增益。典型地,功率放大器仅仅展现用于大范围输入信号电压水平的线性增益。该范围经常被叫做功率放大器的线性区域。如果输入信号电压低于用于该线性区域的最小电压或者高于用于线性区域的最高电压,那么发生互调失真。
互调失真本身表现与放大的RF输出信号中的寄生信号一样,但是与RF输入信号不同。当来自输入信号的不同频率混频产生不存在于输入信号中的和频率和差频率时,IMD产生。当在线性区域以外操作时,它是放大器部件工作情况的结果。
发明内容
因此,要求一个基本上具有线性特性的线性RF功率放大器,最小化双边带溢出和互调失真,并且不增加基于传统的LPAs的直流电消耗量。
根据本发明,一种在蜂窝基站里放大CDMA信号以提供一个具有减少的互调失真的功率放大器输出的方法,包括:提供一个具有一个或多个RF径向扩散金属氧化物半导体功率晶体管的功率放大器;耦合功率放大器的输入到CDMARF输入信号;耦合该功率放大器到升压器以驱动来自升压机的功率放大器;驱动来自一个预先决定电压的功率源的升压器;该升压器具有提供能量以便响应于增压器控制输入在大于或者小于预先决定电压的电压上驱动该功率放大器的性能;检测该功率放大器的输出;以及,响应于功率放大器的检测到的输出提供增压器控制输入到该升压器以便响应于功率放大器的输出控制驱动该功率放大器的电压。
根据本发明,在蜂窝基站里放大CDMA信号以便提供一种具有减少的互调失真的功率放大器输出的方法,提供一种具有一个或多个RF径向扩散金属氧化物半导体功率晶体管的功率放大器;耦合该功率放大器的输入到一种CDMA RF输入信号;耦合该功率放大器到一种升压器以便从该升压器驱动该功率放大器;
从预先决定电压的功率源驱动该升压器;该升压器具有提供能量以便在比预先决定电压高的电压上响应于增压器控制输入驱动该功率放大器的性能;检测该功率放大器的输出:以及,响应于功率放大器的检测到的输出提供该增压器控制输入到该升压器以便控制响应于功率放大器的输出驱动功率放大器的电压。
根据本发明的一个方面,一种在蜂窝基站里放大CDMA信号以提供一个具有减少的互调失真的功率放大器输出的方法,包括:提供一个具有一个或多个RF径向扩散金属氧化物半导体功率晶体管的功率放大器;耦合功率放大器的输入到CDMARF输入信号;耦合该功率放大器到升压器以驱动来自升压机的功率放大器;驱动来自一个预先决定电压的功率源的升压器;该升压器提供能量以便在大于预先决定电压的电压上驱动该功率放大器。
附图说明
图1是提高RF功率放大器线性性的本发明第一实施例的一个***级例图。
图2说明操作在30瓦特RF功率输出上的一个线性功率放大器的传输特性。
图3说明操作在30瓦特RF功率输出并且由本发明的功率增升器增补上的一个线性功率放大器的传输特性。
图4是提高射频功率放大器线性性的本发明的第二实施例的一个***级例证。
图5是提高射频功率放大器线性性的本发明的第三实施例的一个***级例证。
发明详述
图1是公开具有信号输入端口104、信号输出端口106以及电源电压端口108的传统RF线性功率放大器(LPA)102的本发明的第一实施例。在图1中也公开了一个抽样LPA 102的全部的输出功率并且连接到一个微处理器112的功率检波器110。配置微处理器112指示功率增升器114以提高从第一端口116到第二端口118的直流电压,该电压以来自功率检波器110的微处理器112接收到的输出功率测量为基础。第二端口118然后与LPA 102的电源电压端口108联系在一起。在一个实施例中,功率检波器110可以是一个方均根功率检波器。
按照本发明的一个实施例,功率增升器114可以提高并且减少从第一端口116到第二端口118的直流电压。因此,同时可以配置微处理器112以指示功率增升器114增加或者减少直流电压。在本发明的一个实施例中,功率增升器可以自适应地并且动态地适应于提供较大或者较少源电压到该功率放大器。
在本发明的另一个实施例里,机器可读入媒体可以包括调整功率增升器结构的指令。也就是说,当在机器可读入媒体里的指令由一个处理器执行时,它使该处理器配置功率增升器以增加或者减少到该功率放大器的源电压。
LPAs典型地包括配置以放大输入端口和输出端口之间信号的RE功率晶体管。按照惯例,蜂窝基站提供+26到+28的直流电压到基站内部的通讯设备。这限制RF功率放大器可以提供用于传输的峰值到平均功率输出性能(动态的净空高度)。
按照本发明的一个实施例,LPA 102可以由一个或多个RF径向扩散金属氧化物半导体(LDMOS)功率晶体管组成。MOS装置的一个特征是它们具有电压控制电流源的性质。因此,MOS装置的功率输出增加大约与偏压的平方的因数一样。因此,提高LPA内部的LDMOS晶体管的偏压增加它们的动态的净空高度,因此增加它们的输出线性性并且改进LPA的全部IMD性能。
图2说明如同图1的LPA的特性,而没有功率增升器电路114。为了提供一个例子,一个真正的CDMA调整波形或者信号由该图表描述。然而,本发明不局限于任何特定的传输频率,调制方案或者信号类型。因此,特定的图表和其上的数据不被认为是对本发明的限制。在图2里,该信号在三个不同阶段上说明。第一区域202描述没放大的基准信号。第二区域204显示与从没放大的到放大的状态转变的一样的信号。第三区域206描述在由LPA放大之后的信号。在第三区域206上,信号功率是具有接近它的最大输出功率操作的LPA的30瓦特。与在指示器208上测量一样,该信号以1.9468GHZ为中心并且具有在-41.33dBc上测量到的IMD性能。
图3说明如同图1的LPA的特性,包含功率增升器电路114。就象图2,一个真正的码分多址调整波形由该图表描述。第一区域302描述没有放大的基准信号。第二区域304显示该信号从没放大到放大的状态。第三区域306描述由由功率增升器114增补的LPA放大之后的信号。在第三区域306上,信号功率是30瓦特。与在指示器308上测量一样,该信号以1.9468GHz为中心和具有一个在48.67dBc上测量的改进的IMD性能。这是一个基于LPA的改善的7分贝而没有图2中所示的功率增升器。
因此,如图1中所示的一个启动可能用来提高电压到存在于蜂窝基站中的LPA,因此实现所要求的放大的信号的IMD的减少。在本发明的不同实施例里,功率增升器114(图1)可以由附加的1到20伏特增加源电压(图1中的v+)以实现所要求的IMD中的改善。在本发明的一个实施例中,功率增升器114(图1)由附加的2到15伏特增加源电压(图1中的V+)。
一个功率增升器可以设计成本领域技术人员熟知的许多的常规配置。例如,在一个实施例中该功率增升器可以包括一个能够提高或者降低从第一端口到第二端口的电压的直流到直流变换器。
图4说明本发明的另一个实施例,具有一个接收信号的输入端口404,一个传统的LPA 402放大该输入信号,以及一个提供放大信号的输出端口406。LPA 402与功率增升器414联系在一起,该功率增升器按顺序通过第一端口416与电压电源(V+)联系在一起。功率增升器414用于提高来自第一端口416的电压(V+),并且提供增加的电压(V++)到LPA 402的电源电压端口408。如先前所注释,增加了的电压用来减少在LPA402的输出端口406上观测到的放大信号的IMD。
为了配置功率增升器414,功率增升器414包括一个第三端口422和一个第四端口424。
按照本发明的一个实施例,功率增升器414的输出电压(V++)可以由第三端口422和第四端口424之间的一个电阻负荷420设置。在本发明的一个实施例中,电阻负荷420是一个可以人工地调整的阻抗分量,例如一个分压器。用于一个第三端口422和第四端口424之间假设的电阻值,基于直流电压输入(V+)的直流电压输出(V++)增加的量保持固定。
在本发明的一个实施例中,为了设置直流电压输出(V++),功率增升器414检测第三端口422和第四端口424之间的电压差。在另一个实施例里,功率增升器414通过测量穿过第三端口422和第四端口424之间的电阻负荷420的电流设置直流电压输出(V++)。
图5说明本发明的另一个实施例。在功率增升器514的第二端口518上,直流输出电压(V++)是不变的和恒定的,即使当在第一端口516上的直流输入电压(V+)是可以变化的。功率增升器514通过将第三端口522上的电压和第四端口524上的基准电压作比较可以调节第二端口518上的直流输出电压(V++)。存在于第三端口522上的电压是由第一电阻器526形成的分压器的结果,第一电阻器526耦合在直流电压输出端口518和第三端口522之间,并且第二电阻器528耦合在第三端口522和地530之间。基准电压510与功率增升器514的第四端口524联系在一起。通过比较第四端口524上的基准电压和第三端口522上的电压,功率增升器514可以指示保持第二端口518上的直流输出电压(V++)为一个预先决定的恒定值。预先确定的恒定值可能与连接到第四端口524的基准电压510成正比。

Claims (17)

1、一种在蜂窝基站里放大CDMA信号以提供一个具有减少的互调失真的功率放大器输出的方法,包括:
提供一个具有一个或多个RF径向扩散金属氧化物半导体功率晶体管的功率放大器;
耦合功率放大器的输入到CDMARF输入信号;
耦合该功率放大器到升压器,以从升压器驱动功率放大器;
从预定电压的功率源驱动升压器;
该升压器具有提供能量,以便响应于增压器控制输入以大于或者小于预定电压的电压给功率放大器供电的性能;
检测该功率放大器的输出;
以及,响应于功率放大器的检测到的输出,提供增压器控制输入到该升压器,以便响应于功率放大器的输出控制驱动该功率放大器的电压。
2.按照权利要求1所述的方法,其中预先确定的电压是27伏特。
3.按照权利要求2所述的方法,其中提高电压电源功率包括提高电压电源1到15伏特。
4.按照权利要求2所述的方法,其中提高电压电源功率2到8伏特DC。
5.按照权利要求2所述的方法,其中只有当功率放大器在它的最大输出功率的百分之二十之内操作时提高电压电源功率。
6.按照权利要求1所述的方法,其中检测功率放大器的输出包括使用一种均方根功率检测器检测功率放大器的输出。
7.在蜂窝基站里放大CDMA信号以便提供一种具有减少的互调失真的功率放大器输出的方法,包括:
提供一种具有一个或多个RF径向扩散金属氧化物半导体功率晶体管的功率放大器;
耦合该功率放大器的输入到一种CDMA RF输入信号;
耦合该功率放大器到一种升压器,以便从该升压器驱动该功率放大器;
从预先决定电压的功率源驱动该升压器;
该升压器具有提供能量,以便以比预先决定电压高的电压响应于增压器控制输入驱动该功率放大器的性能;
检测该功率放大器的输出:
以及,响应于功率放大器的检测到的输出提供该增压器控制输入到该升压器,以便响应于功率放大器的输出控制驱动功率放大器的电压。
8.按照权利要求7所述的方法,其中预先决定电压是27伏特。
9.按照权利要求8所述的方法,其中提高电压电源功率包括提高电压电源1到15伏特。
10.按照权利要求8所述的方法,其中提高电压电源功率包括提高电压电源2到8伏特DC。
11.按照权利要求8所述的方法,其中只有当功率放大器在它的最大输出功率百分之二十之内操作时提高电压电源功率。
12.按照权利要求7所述的方法,其中检测功率放大器的输出包括使用一种方均根功率检测器检测功率放大器的输出。
13.一种在蜂窝基站里放大CDMA信号,以提供一个具有减少的互调失真的功率放大器输出的方法,包括:
提供一个具有一个或多个RF径向扩散金属氧化物半导体功率晶体管的功率放大器;
耦合功率放大器的输入到CDMARF输入信号;
耦合该功率放大器到升压器,以从升压器驱动功率放大器;
从一个预定电压的功率源驱动升压器;
该升压器提供能量以便以大于预先决定电压的电压驱动该功率放大器。
14.按照权利要求13所述的方法,其中预先决定的电压是27伏特。
15.按照权利要求14所述的方法,其中提高电压电源功率包括提高电压电源1到15伏特。
16.按照权利要求14所述的方法,其中提高电压电源功率包括:提高电压电源2到8伏特DC。
17.按照权利要求14所述的方法,其中只有当功率放大器在它的最大输出功率的百分之二十之内操作时才提高电压电源功率。
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