CN107017852B - 功率放大器的控制电路及其方法和功率放大器*** - Google Patents

功率放大器的控制电路及其方法和功率放大器*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种功率放大器的控制电路，该控制电路包括：峰值检测器，用于检测输入信号的幅度；耦接到峰值检测器的至少一个第一比较器，比较输入信号的幅度和第一阈值生成第一比较结果；耦接到第一比较器的第一电流源，根据第一比较结果生成第一电流；耦接到峰值检测器的至少一个第二比较器，用于比较输入信号的幅度和第二阈值生成第二比较结果；耦接到第二比较器的第二电流源，根据第二比较结果生成第二电流；以及偏置电路，耦接到第一电流源和第二电流源，根据第一电流和第二电流生成偏置电压至功率放大器。通过本发明，可以有效地补偿功率放大器的非线性输入电容值，使得功率放大器的输入电容值可以更稳定，提高功率放大器的效率。

Description

功率放大器的控制电路及其方法和功率放大器***
技术领域
本发明涉及功率放大器，更具体地，涉及能够补偿功率放大器的非线性输入电容值的功率放大器控制电路及其方法和功率放大器***。
背景技术
随着无线通信***变得更加复杂，功率放大器的线性度变得更重要，用于补偿功率放大器失真的频率扩散(spectral re-growth)也具有更多挑战。图1示出了由于AM-PM失真造成的功率放大器的非线性输入电容值。如图1所示，当输入功率增加时，功率放大器的输入电容值可能会突然下降，功率放大器的效率会变得恶化。
发明内容
有鉴于此本发明提供一种功率放大器的控制电路及其方法和功率放大器***以解决上述问题。
根据至少一个实施方式提供了一种功率放大器的控制电路，该控制电路包括：峰值检测器，用于检测输入信号的幅度；至少一个第一比较器，耦接到所述峰值检测器，用于比较所述输入信号的幅度和第一阈值，以生成第一比较结果；第一电流源，耦接到所述第一比较器，用于根据所述第一比较结果生成第一电流；至少一个第二比较器，耦接到所述峰值检测器，用于比较所述输入信号的幅度和第二阈值，以生成第二比较结果；第二电流源，耦接到所述第二比较器，用于根据所述第二比较结果生成第二电流；以及偏置电路，耦接到所述第一电流源和所述第二电流源，用于根据所述第一电流和所述第二电流生成偏置电压至所述功率放大器。
根据至少一个实施方式提供了一种控制功率放大器的方法，用于补偿所述功率放大器的输入电容值，所述方法包括如下步骤：检测输入信号的幅度；比较所述输入信号的幅度和第一阈值，以生成第一比较结果；根据所述第一比较结果生成第一电流；比较所述输入信号的幅度和第二阈值，以生成第二比较结果；根据所述第二比较结果生成第二电流；以及根据所述第一电流和所述第二电流生成偏置电压以补偿所述功率放大器的输入电容值。
根据至少一个实施方式提供了一种功率放大器***，包括：功率放大器；变容器，其中所述变容器的第一节点耦接到所述功率放大器的输入端；以及控制电路，用于根据输入信号的幅度生成偏置电压至所述变容器的第二节点，以补偿所述功率放大器的输入电容值。
通过本发明，可以有效地补偿功率放大器的非线性输入电容值，使得功率放大器的输入电容值可以更稳定，提高功率放大器的效率。
在阅读各个附图中例示的优选实施例的如下详细描述之后本发明的这些和其他目的对本领域技术人员来说无疑将变得显而易见。
附图说明
图1示出了由于AM-PM失真造成的功率放大器的非线性输入电容值。
图2是根据本发明的实施方式例示功率放大器***的示意图。
图3是根据本发明的一个实施方式例示控制电路的示意图。
图4是根据本发明的一个实施方式的控制电路的详细结构图。
图5示出了根据本发明的一个实施方式偏置电压随着输入信号的功率而改变。
图6示出了根据本发明的一个实施方式当偏置电压随着输入信号的功率而改变时变容器的电容值的变化。
图7是根据本发明的一个实施方式用于补偿功率放大器的输入电容值的方法的流程图。
具体实施方式
在说明书及后续的权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的组件。本领域一般技术人员应可理解电子设备制造商可能会用不同的名词来称呼同一组件。本说明书及后续的权利要求并不以名称的差异来作为区别组件的方式而是以组件在功能上的差异来作为区别的基准。在通篇说明书及后续的权利要求当中所提及的“包含”是开放式的用语故应解释成“包含但不限定于”。此外“耦接”一词在此是包含任何直接及间接的电气连接手段。因此若文中描述第一装置电性连接于第二装置则代表该第一装置可直接连接于该第二装置或通过其他装置或连接手段间接地连接至该第二装置。
参照图2，图2是根据本发明的实施方式例示功率放大器***200的示意图。在图2中，功率放大器***200包括功率放大器210、两个变容器(varactor)或变容二极管(varactor diode)222和224、控制电路230和驱动器240。在功率放大器***200的操作中，功率放大器210从驱动器240接收差分输入信号Vin(射频信号)以生成差分输出。控制电路230被设置为接收输入信号Vin生成偏置电压Vb，其中偏置电压Vb的电压电平随着输入信号Vin功率的改变。在此实施方式中，变容器222和224的第一节点耦接到功率放大器210的由固定直流电压进行偏置的输入端，变容器222和224的第二节点由控制电路230生成的偏置电压Vb进行偏置。因而，变容器222和224的电容值因应于输入信号Vin的功率而改变，以补偿功率放大器210的图1所示的非线性输入电容值。
参照图3，图3是根据本发明的一个实施方式例示控制电路230的示意图。如图3所示，控制电路230包括衰减器310、峰值检测器(peak detector)320、一个或多个上升比较器(rising comparator)332、可编程电流源334、一个或多个下降比较器(fallingcomparator)342、可编程电流源344和偏置电路350。在控制电路230的操作中，首先，衰减器310衰减输入信号Vin。然后，峰值检测器320检测经衰减的输入信号Vin的幅度。接着上升比较器332比较输入信号的幅度与第一阈值，以生成第一比较结果，可编程电流源334根据第一比较结果生成第一电流。下降比较器342比较输入信号的幅度与第二阈值，生成第二比较结果，可编程电流源344根据第二比较结果生成第二电流。然后，根据第一电流和第二电流生成输出电流。最后，偏置电路350对输出电流执行电流-电压(I-to-V)转换，以生成偏置电压Vb。
更具体地，图4是根据本发明的一个实施方式的控制电路230的详细结构图。如图4所示，输入信号Vin可以包括正输入信号Vin+和负输入信号Vin-，衰减器310可以由电容分压器(capacitance divider)实现，电容分压器包括两个电容器C1和C2以及两个可变电容器C3和C4。峰值检测器320包括通过电阻器R1和R2由电压Vb1进行偏置的两个晶体管M1和M2，晶体管M3的漏极电压Vc用于表示输入信号Vin(经衰减的输入信号)的幅度。上升比较器332由晶体管M4至M6实现，上升比较器332比较电压Vc与第一阈值TH1，生成第一比较结果，以控制/调整可编程电流源334产生的第一电流，其中可编程电流源334包括电流源402和开关SW1。下降比较器342由晶体管M7至M9实现，下降比较器342比较电压Vc与第二阈值TH2，生成第二比较结果，以通过晶体管M10和M11控制/调整可编程电流源344产生的第二电流，其中可编程电流源344包括电流源404和开关SW2。在这个实施方式中，可编程电流源334用于提供第一电流至输出节点Nc、可编程电流源344用于从输出节点Nc吸取(sink)第二电流，也就是说，输出节点Nc可以视为组合器，其通过从第一电流减去第二电流生成输出电流。输出节点Nc处的输出电流在图4表示为“I+ΔI”。接着，DC复制电路(DC replica circuit)410用于从输出电流“I+ΔI”移除直流电流(例如“I”)。最后，偏置电路350对电流“ΔI”执行电流-电压转换，生成偏置电压Vb。
在图4所示的实施方式中，可以设置第一阈值TH1、第二阈值TH2和电流源402和404提供的电流，以便对功率放大器210进行合适的输入电容值补偿。例如，第一阈值TH1可以是0.5V，第二阈值TH2可以是1V，电流源402提供的电流可以是电流源404提供的电流的十倍，当输入信号Vin的功率/幅度如图5所示增加时偏置电压Vb可以具有V型曲线。也就是说，当输入信号Vin的功率/幅度增加时，首先输出电流“I+ΔI”减少，以降低偏置电压Vb(从点P1到点P2)，然后输出电流“I+ΔI”增加，以增加偏置电压Vb(从点P2到点P3)。因此，由于如图5所示的偏置电压Vb的特殊曲线，当输入信号Vin的幅度/功率不断增加时，变容器222和224的电容值增加(从点P1到点P2)，以补偿图1所示的输入电容值的下降，然后，变容器222和224的电容值下降(从点P2到点P3)，如图6所示。其中图5示出了根据本发明的一个实施方式偏置电压随着输入信号的功率而改变，图6示出了根据本发明的一个实施方式当偏置电压随着输入信号的功率而改变时变容器的电容值的变化。
通过使用上述实施方式，可以自适应地控制变容器222和224的电容值，以补偿功率放大器210的输入电容值的非线性(AM-PM失真)。因此，功率放大器210的输入电容值可以更稳定，功率放大器210的效率得以提高。
在图4所示的实施方式中，控制电路230中没有任何运算放大器，因此功率放大器***200的带宽可以增加。此外，由于第一阈值TH1、第二阈值TH2和电流源402和404提供的电流是可编程的，因而可以为具有不同的非线性输入电容值曲线的功率放大器设置许多不同的曲线(例如，点P1至P3的不同位置)。
此外，在图2至图4所示的实施方式中，峰值检测器310用于检测驱动器240输出的输入信号Vin的幅度。然而，在其他实施方式中，峰值检测器310可以检测功率放大器210的输入或检测功率放大器210的输出，以生成输出至上升比较器332和下降比较器342的检测结果。这些替代的设计方式均落入本发明的范围内。
参照图7，图7是根据本发明的一个实施方式用于补偿功率放大器的输入电容值的方法的流程图。参照图7和上述实施方式，该流程图例示如下。
步骤700：开始。
步骤702：检测输入信号的幅度。
步骤704：比较输入信号的幅度和第一阈值，生成第一比较结果。
步骤706：根据第一比较结果生成第一电流。
步骤708：比较输入信号的幅度和第二阈值，生成第二比较结果。
步骤710：根据第二比较结果生成第二电流。
步骤712：根据第一电流和第二电流生成偏置电压，以补偿功率放大器的输入电容值。
在本发明的功率放大器***中，变容器用于补偿功率放大器的输入电容值的非线性，提供给变容器的偏置电压可以基于与功率放大器相关的信号的幅度/功率确定。因此，可以有效地补偿功率放大器的非线性输入电容值。
本领域普通技术人员将容易注意到在保持本发明的教导的同时可以对本发明的装置和方法做出大量修改和变化。因此上述公开内容应当被理解为仅由本申请的权利要求的范围限制。

Claims (17)

1.一种功率放大器的控制电路，包括：
峰值检测器，用于检测所述功率放大器的输入信号的幅度；
至少一个第一比较器，耦接到所述峰值检测器，用于比较所述输入信号的幅度和第一阈值，以生成第一比较结果；
第一电流源，耦接到所述第一比较器，用于根据所述第一比较结果生成第一电流；
至少一个第二比较器，耦接到所述峰值检测器，用于比较所述输入信号的幅度和第二阈值，以生成第二比较结果；
第二电流源，耦接到所述第二比较器，用于根据所述第二比较结果生成第二电流；以及
偏置电路，耦接到所述第一电流源和所述第二电流源，用于根据所述第一电流和所述第二电流生成偏置电压至所述功率放大器。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述偏置电路生成所述偏置电压至连接到所述功率放大器的输入端的变容器，以控制所述变容器的电容值。
3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，当所述输入信号的幅度不断增加时，所述偏置电路生成所述偏置电压以增加所述变容器的电容值，并接着降低所述变容器的电容值。
4.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述变容器的第一节点连接到所述功率放大器的输入端，所述变容器的第二节点被设置为接收所述偏置电压；当所述输入信号的幅度不断增加时，首先所述偏置电路降低所述偏置电压，以增加所述变容器的电容值，接着所述偏置电路增加所述偏置电压，以降低所述变容器的电容值。
5.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述偏置电路根据所述第一电流和所述第二电流之间的差值生成所述偏置电压。
6.根据权利要求5所述的控制电路，其特征在于，进一步包括：
组合器，耦接在所述第一电流源和所述第二电流源之间，用于通过从所述第一电流减去所述第二电流生成输出电流；
其中，所述偏置电路根据所述输出电流生成所述偏置电压。
7.根据权利要求6所述的控制电路，其特征在于，当所述输入信号的幅度不断增加时，首先所述输出电流降低以降低所述偏置电压，接着所述输出电流增加以增加所述偏置电压，从而补偿所述功率放大器的输入电容值。
8.根据权利要求7所述的控制电路，其特征在于，所述偏置电路生成所述偏置电压至连接到所述功率放大器的输入端的变容器，以控制所述变容器的电容值从而补偿所述功率放大器的所述输入电容值。
9.一种控制功率放大器的方法，用于补偿所述功率放大器的输入电容值，所述方法包括如下步骤：
检测所述功率放大器的输入信号的幅度；
比较所述输入信号的幅度和第一阈值，以生成第一比较结果；
根据所述第一比较结果生成第一电流；
比较所述输入信号的幅度和第二阈值，以生成第二比较结果；
根据所述第二比较结果生成第二电流；以及
根据所述第一电流和所述第二电流生成偏置电压以补偿所述功率放大器的输入电容值。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据所述第一电流和所述第二电流生成所述偏置电压以补偿所述功率放大器的输入电容值的步骤包括：
生成所述偏置电压至连接到所述功率放大器的输入端的变容器，以控制所述变容器的电容值从而补偿所述功率放大器的所述输入电容值。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，根据所述第一电流和所述第二电流生成所述偏置电压以补偿所述功率放大器的输入电容值的步骤包括：
当所述输入信号的幅度不断增加时，生成所述偏置电压以增加所述变容器的电容值，并接着降低所述变容器的电容值。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述变容器的第一节点连接到所述功率放大器的输入端，所述变容器的第二节点被设置为接收所述偏置电压；以及根据所述第一电流和所述第二电流生成所述偏置电压以补偿所述功率放大器的输入电容值的步骤包括：
当所述输入信号的幅度不断增加时，首先降低所述偏置电压以增加所述变容器的电容值，接着增加所述偏置电压以降低所述变容器的电容值。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据所述第一电流和所述第二电流生成所述偏置电压以补偿所述功率放大器的输入电容值的步骤包括：
根据所述第一电流和所述第二电流之间的差值生成所述偏置电压以补偿所述功率放大器的所述输入电容值。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，根据所述第一电流和所述第二电流之间的差值生成所述偏置电压以补偿所述功率放大器的所述输入电容值的步骤包括：
通过从所述第一电流减去所述第二电流生成输出电流；以及
根据所述输出电流生成所述偏置电压。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，通过从所述第一电流减去所述第二电流生成所述输出电流的步骤以及根据所述输出电流生成所述偏置电压的步骤包括：
当所述输入信号的幅度不断增加时，首先降低所述输出电流以降低所述偏置电压，接着增加所述输出电流以增加所述偏置电压，从而补偿所述功率放大器的输入电容值。
16.一种功率放大器***，包括：
功率放大器；
变容器，其中所述变容器的第一节点耦接到所述功率放大器的输入端；以及
控制电路，用于根据所述功率放大器的输入信号的幅度生成偏置电压至所述变容器的第二节点，以补偿所述功率放大器的输入电容值，
其中，所述控制电路包括：
峰值检测器，用于检测所述输入信号的幅度；
至少一个第一比较器，耦接到所述峰值检测器，用于比较所述输入信号的幅度和第一阈值，以生成第一比较结果；
第一电流源，耦接到所述第一比较器，用于根据所述第一比较结果生成第一电流；
至少一个第二比较器，耦接到所述峰值检测器，用于比较所述输入信号的幅度和第二阈值，以生成第二比较结果；
第二电流源，耦接到所述第二比较器，用于根据所述第二比较结果生成第二电流；以及
偏置电路，耦接到所述第一电流源和所述第二电流源，用于根据所述第一电流和所述第二电流生成输出至所述变容器的所述第二节点的所述偏置电压。
17.根据权利要求16所述的功率放大器***，其特征在于，当所述输入信号的幅度不断增加时，所述控制电路生成所述偏置电压以增加所述变容器的电容值，并接着降低所述变容器的电容值。
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