功率放大器及功率放大器的增益補償方法

2023-12-04 18:07:56 1

專利名稱：功率放大器及功率放大器的增益補償方法
技術領域：
本發明涉及無線通信技術，尤其涉及一種功率放大器及功率放大器的增益補償方法。
背景技術：
隨著無線通信技術的不斷發展，越來越多的基站建立起來，功放模塊作為基站中的一個重要組成部分直接影響無線通信的通訊距離及通信質量。由於基站一般在戶外使用，環境較為惡劣，環境溫度變化比較大，導致功放模塊增益發生變化。當環境溫度從低溫到高溫變化時，功放管的增益變化比較大，會影響到射頻拉遠單元(RRU)系統的增益、效率和線性等指標，因此有必要維持其增益的恆定。目前常用的溫補電路元件有二極體、三極體及電壓調節集成電路(IC)類晶片、熱敏電阻以及利用單片機和可擦可編程只讀存儲器(EEROM)產生隨溫度變化的量的顯示查找表(LUT)。現有的溫補控制電路要麼只是針對靜態工作點進行補償，要麼增益補償控制方法複雜，需增益額外的溫補電路。

發明內容
本發明提供了一種功率放大器及功率放大器的增益補償方法，以解決功放管增益隨溫度漂移的問題。本發明提供了一種功率放大器，該功率放大器包括控制器，用於根據當前溫度和功放管的增益特性擬合出柵極電壓偏差信號，並將所述柵極電壓偏差信號輸出給柵極電壓供電電路；所述柵極電壓供電電路，用於向所述功放管的柵極提供所述柵極電壓偏差信號。優選地，所述功率放大器還包括與所述控制器相連的控制器外圍電路，所述控制器外圍電路包括溫度傳感器和模數轉換器，其中所述溫度傳感器，用於檢測當前溫度，將所述當前溫度轉換為模擬信號輸出至所述模數轉換器；所述模數轉換器，用於將所述模擬信號轉換為數位訊號輸出至所述控制器。優選地，所述控制器根據當前溫度和所述功放管的增益特性擬合出柵極電壓偏差信號是用於利用柵極電壓控制算法根據所述模數轉換器提供的數位訊號擬合出柵極電壓偏差信號，所述柵極電壓控制算法為溫度的分段函數。優選地，所述控制器外圍電路還包括存儲器，用於保存所述柵極電壓控制算法。優選地，所述功率放大器還包括數模轉換器，位於所述控制器和所述柵極電壓供電電路之間，用於接收所述控制器輸出的柵極電壓偏差信號，將所述柵極電壓偏差信號由數位訊號轉換為模擬信號並輸出至所述柵極電壓供電電路。
本發明提供了一種功率放大器的增益補償方法，應用於上述的功率放大器，該方法包括控制器根據當前溫度和功放管的增益特性擬合出柵極電壓偏差信號，並將所述柵極電壓偏差信號輸出給柵極電壓供電電路；所述柵極電壓供電電路向所述功放管的柵極提供所述柵極電壓偏差信號。優選地，所述功率放大器還包括與所述控制器相連的控制器外圍電路，所述控制器外圍電路包括溫度傳感器和模數轉換器，所述方法還包括所述溫度傳感器檢測當前溫度，將所述當前溫度轉換為模擬信號輸出至所述模數轉換器；所述模數轉換器將所述模擬信號轉換為數位訊號輸出至所述控制器。優選地，所述控制器根據當前溫度和功放管的增益隨溫度變化曲線擬合出柵極電壓偏差信號包括

所述控制器利用柵極電壓控制算法根據所述模數轉換器提供的數位訊號擬合出柵極電壓偏差信號，所述柵極電壓控制算法為溫度的分段函數。優選地，所述控制器外圍電路還包括存儲器，所述柵極電壓控制算法存儲在所述存儲器中。優選地，所述功率放大器還包括數模轉換器，所述方法還包括所述數模轉換器接收所述控制器輸出的柵極電壓偏差信號，將所述柵極電壓偏差信號由數位訊號轉換為模擬信號並輸出至所述柵極電壓供電電路。上述功率放大器及功率放大器的增益補償方法，很好地解決了功放管增益隨溫度漂移的問題，且實現簡單。


圖1是本發明功率放大器實施例的結構示意圖；圖2是未採用本發明增益補償方法的功率放大器的增益變化曲線示意圖；圖3是採用本發明增益補償方法的功率放大器的增益變化曲線示意圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下文中將結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互任意組合。本發明實施例利用控制器和溫度檢測元件實現增益的溫度補償，裝置簡單，具有很強的通用性並且可靠性很高，增益補償效果好。本發明實施例中的控制器根據當前溫度和功放管的增益特性產生柵極電壓偏差 Δ VG，然後利用該偏差來控制靜態電流的變化，進而對增益進行補償，實現全溫度範圍內對射頻功率放大器的增益補償。本發明提供了一種功率放大器，該功率放大器包括控制器，用於根據當前溫度和功放管的增益特性擬合出柵極電壓偏差信號，並將所述柵極電壓偏差信號輸出給柵極電壓供電電路；
所述柵極電壓供電電路，用於向所述功放管的柵極提供所述柵極電壓偏差信號。

其中，功放管的增益特性是指功放管的增益隨各種因素變化的特性，例如隨溫度變化的特性。如圖1所示，是本發明功率放大器實施例的結構示意圖，其中，控制器11是核心控制部分，通常採用單片機、FPGA(EPLD)、DSP等作為控制器，控制器採用柵極電壓控制算法， 並根據當前溫度輸出期望的柵極電壓控制信號，從而調節功放管柵極電壓的大小，進而對增益進行補償。該功率放大器包括控制器外圍電路12，該控制器外圍電路包括溫度傳感器、模數轉換器(ADC)和存儲器等。溫度傳感器，用於檢測當前溫度，將該溫度值轉換為電平信號。 ADC將模擬信號轉換為數位訊號，以便控制器進行處理。存儲器包括但不局限於電可擦可編程只讀存儲器(E2PR0M)，亦可採用快閃記憶體(Flash)等當前先進的存儲技術，存儲器用於存儲柵極電壓信號及控制算法。該功率放大器還包括數模轉換器(DAC) 13，柵極電壓供給電路 14接受DAC的輸出電壓，進行電壓濾波並提供給功放管。假設在給定的區間範圍(0，Tc)內，功放管的增益下降，變化為AG <0，要想進行增益補償，需要利用柵極電壓控制算法使功放管柵極電壓提高，增量為Δυ，則產生的增益增量為AGot = F(AU),利用該柵極電壓增量可抵消一些增益變化，使I AG+AGcqm| < I AGl，進而減小增益的波動範圍。同理，可對低溫範圍內的增益進行補償。未採用本發明實施例增益補償方法的功率放大器的增益變化曲線如圖2所示，採用本發明實施例增益補償方法的功率放大器的增益變化曲線如圖3所示。控制算法可根據實際情況進行設計，並要充分考慮功放管的特性，根據功放管特性，將全溫度範圍劃分為幾個溫度區間，控制算法也寫成分段函數形式，然後分別對每一個溫度區間進行柵極電壓補償，這樣溫補參數可根據區間進行設計，具有很高的靈活性，控制算法的分段形式為下式
ut) t<tlAU= f2 (t) tl <t < th
mo th <t其中，IY為第一溫度區間如低溫區間的上限，Th為第二溫度區間如高溫區間的下限；當然，IY和Th的值可以根據需要動態調整；當然，溫度區間的劃分不局限於以上三段，可根據實際功放管特性劃分實際需要的溫度區間。A(T)的獲取可依靠試驗完成，記錄下參考溫度點Ttl下的增益Gtl，逐一記錄溫度變化時，維持增益Gtl所需的增加的柵極電壓量AU及當前溫度，然後根據當前溫度T禾Π Δ U即可擬合出&⑴，溫度點採樣越多，擬合出的&⑴ 越精確。根據存儲器的容量和分段區間數量可靈活調整擬合出的函數fi (T)。例如，一般情況下fi(T)是T的高階函數，為降低所需的存儲容量，可將&(10進行泰勒展開，取其一階或二階分量，這樣即降低了對存儲容量的需求，又有效地進行了增益補償。上述控制器根據功放管的增益隨溫度變化特性擬合柵極電壓偏差信號，利用該偏差信號充分抵消溫度變化對增益的影響。考慮到改變功放管柵極電壓對功放效率的影響， 本發明實施例特別適用於靜態工作點對柵極電壓改變不敏感而增益對柵極電壓敏感的功放管，比如MW7IC2725功放管。包括圖1所示電路的功率放大器，利用控制器和存儲器實現的補償控制算法具有很好的靈活性，結構簡單，不需要增加額外的控制電路，兼顧了溫度對靜態工作點和增益的影響。由於採用數字控制技術，該方法比較穩定而且精度較高，補償效果較好，滿足功放的性能需求。上述實施例可在既有的電路上實現，不需要增加額外的器件，具體的控制算法可根據實際需求及功放管特性和控制器類型設計，控制算法不拘泥某一種形式，最終目的是保證增益波動較小。上述分區間設計控制算法，在不同溫度區間設計不同的增益補償算法， 充分考慮了功放管的實際溫度特性。

上述功率放大器可以位於RRU中，由於上述功率放大器的增益波動較小，因而對 RRU的影響也比較小。綜上所述，上述功率放大器，針對靜態工作點對柵極電壓不敏感的功放管提出了新的增益溫補方式，在靜態工作點波動不大的前提下，通過改變功放管的柵極電壓來調整功放管增益，很好地解決了功放管增益隨溫度漂移的問題，實現簡單，具有精度高、可靠性高的特點，且不需要增加額外的溫補器件。本發明還提供了一種功率放大器的增益補償方法，應用於上述功率放大器，該方法包括步驟一、控制器根據當前溫度和功放管的增益特性擬合出柵極電壓偏差信號，並將所述柵極電壓偏差信號輸出給柵極電壓供電電路；其中，所述功率放大器還包括與所述控制器相連的控制器外圍電路，所述控制器外圍電路包括溫度傳感器、模數轉換器和存儲器，所述方法還包括所述溫度傳感器檢測當前溫度，將所述當前溫度轉換為模擬信號輸出至所述模數轉換器；所述模數轉換器將所述模擬信號轉換為數位訊號輸出至所述控制器。所述控制器是利用柵極電壓控制算法根據所述模數轉換器提供的當前數位訊號擬合出柵極電壓偏差信號，所述柵極電壓控制算法為溫度的分段函數；優選地，該柵極電壓控制算法可以位於存儲器中。步驟二、所述柵極電壓供電電路向所述功放管的柵極提供所述柵極電壓偏差信號。進一步地，所述功率放大器還包括數模轉換器，所述方法還包括數模轉換器接收所述控制器輸出的柵極電壓偏差信號，將所述柵極電壓偏差信號由數位訊號轉換為模擬信號輸出至所述柵極電壓供電電路。上述功率放大器的增益補償方法，根據功放管的增益隨溫度變化特性擬合柵極電壓偏差信號，利用該偏差信號充分抵消溫度變化對增益的影響。本領域普通技術人員可以理解上述方法中的全部或部分步驟可通過程序來指令相關硬體完成。可選地，上述實施例的全部或部分步驟也可以使用一個或多個集成電路來實現。相應地，上述實施例中的各模塊/單元可以採用硬體的形式實現，也可以採用軟體功能模塊的形式實現。本發明不限制於任何特定形式的硬體和軟體的結合。以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，僅僅參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明。本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍，均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種功率放大器，該功率放大器包括控制器，用於根據當前溫度和功放管的增益特性擬合出柵極電壓偏差信號，並將所述柵極電壓偏差信號輸出給柵極電壓供電電路；所述柵極電壓供電電路，用於向所述功放管的柵極提供所述柵極電壓偏差信號。
2.根據權利要求1所述的功率放大器，其特徵在於，所述功率放大器還包括與所述控制器相連的控制器外圍電路，所述控制器外圍電路包括溫度傳感器和模數轉換器，其中所述溫度傳感器，用於檢測當前溫度，將所述當前溫度轉換為模擬信號輸出至所述模數轉換器；所述模數轉換器，用於將所述模擬信號轉換為數位訊號輸出至所述控制器。
3.根據權利要求2所述的功率放大器，其特徵在於所述控制器根據當前溫度和所述功放管的增益特性擬合出柵極電壓偏差信號是用於 利用柵極電壓控制算法根據所述模數轉換器提供的數位訊號擬合出柵極電壓偏差信號，所述柵極電壓控制算法為溫度的分段函數。
4.根據權利要求3所述的功率放大器，其特徵在於，所述控制器外圍電路還包括存儲器，用於保存所述柵極電壓控制算法。
5.根據權利要求3或4所述的功率放大器，其特徵在於，所述功率放大器還包括數模轉換器，位於所述控制器和所述柵極電壓供電電路之間，用於接收所述控制器輸出的柵極電壓偏差信號，將所述柵極電壓偏差信號由數位訊號轉換為模擬信號並輸出至所述柵極電壓供電電路。
6.一種功率放大器的增益補償方法，應用於如權利要求1所述的功率放大器，該方法包括 控制器根據當前溫度和功放管的增益特性擬合出柵極電壓偏差信號，並將所述柵極電壓偏差信號輸出給柵極電壓供電電路；所述柵極電壓供電電路向所述功放管的柵極提供所述柵極電壓偏差信號。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述功率放大器還包括與所述控制器相連的控制器外圍電路，所述控制器外圍電路包括溫度傳感器和模數轉換器，所述方法還包括所述溫度傳感器檢測當前溫度，將所述當前溫度轉換為模擬信號輸出至所述模數轉換器；所述模數轉換器將所述模擬信號轉換為數位訊號輸出至所述控制器。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於所述控制器根據當前溫度和功放管的增益隨溫度變化曲線擬合出柵極電壓偏差信號包括所述控制器利用柵極電壓控制算法根據所述模數轉換器提供的數位訊號擬合出柵極電壓偏差信號，所述柵極電壓控制算法為溫度的分段函數。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於所述控制器外圍電路還包括存儲器，所述柵極電壓控制算法存儲在所述存儲器中。
10.根據權利要求8或9所述的方法，其特徵在於，所述功率放大器還包括數模轉換器， 所述方法還包括所述數模轉換器接收所述控制器輸 出的柵極電壓偏差信號，將所述柵極電壓偏差信號由數位訊號轉換為模擬信號並輸出至所述柵極電壓供電電路。
全文摘要
本發明提供了一種功率放大器及功率放大器的增益補償方法，該功率放大器包括控制器，用於根據當前溫度和功放管的增益特性擬合出柵極電壓偏差信號，並將所述柵極電壓偏差信號輸出給柵極電壓供電電路；所述柵極電壓供電電路，用於向所述功放管的柵極提供所述柵極電壓偏差信號。上述功率放大器及功率放大器的增益補償方法，很好地解決了功放管增益隨溫度漂移的問題，且實現簡單。
文檔編號H03F3/20GK102355206SQ20111021794
公開日2012年2月15日 申請日期2011年8月1日 優先權日2011年8月1日
發明者崔維橋, 朱玉波, 李朋軍 申請人:中興通訊股份有限公司