功率放大器電路及其控制方法和控制程序的製作方法

2023-07-12 11:12:46

專利名稱：功率放大器電路及其控制方法和控制程序的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種功率放大器電路。
背景技術：
在用於無線電通信設備的發射機等的功率放大器電路中，為了使 發射機的輸出保持恆定，對功率放大器的輸出變化進行監測，並將變 化反饋回其輸入電平。圖15是示出普遍得到廣泛使用並在日本專利申請待審公開 No.2004-072556中公開的一種功率放大器電路的示意圖。這個功率放 大器電路包括可變衰減器(ATT) 21、放大器22、定向耦合器(D-CPL) 23、檢測器(DET) 24、電阻器25、運算放大器(OP-AMP) 26、基準電 壓源(REF) 27以及低通濾波器(LPF) 28。DET 24通過D-CPL 23來檢測放大器22的輸出。OP-AMP 26輸出DET 24的輸出與REF 27的基準電壓之間的差。通過LPF 28將該輸出負反饋 至ATT 21， LPF 28是執行相位補償的迴路濾波器。由此來使放大器22 的輸出功率保持恆定。該功率放大器電路包括放大器22輸出側的D-CPL 23。相應地，當經放大器22放大的輸出功率經過D-CPL 23時， 一部分 輸出功率被分流，並進入DET 24。結果，造成了電功率的浪費。圖16示出了本發明相關技術中的其它功率放大器電路，其在日本 專利申請待審公開No.2007-005876中公開。在圖16所示的功率放大器 電路中，將圖15中所示的放大器22中所提供的電平控制功能和電功率放大功能分開。換言之，放大器22執行電平控制，而將執行功率放大 的功率放大器29布置在D-CPL 23的輸出側。在該電路配置中，因為 D-CPL23被設置在功率放大器29的輸入側，所以可以減小損耗。因此， 圖16中所示的功率放大器可以極大地改善功耗的效率。圖17示出了本發明相關技術中的另一功率放大器電路。在圖17所 示的功率放大器電路中，用於控制發射輸出的電源(PS) 30連接至圖 16中所示的功率放大器29。圖17中所示的功率放大器電路根據發射輸 出來控制PS 30向功率放大器29提供的電壓。日本專利申請待審公幵No. 2003-244001、日本專利申請待審公開 No. 2004-221737和日本專利申請待審公開No. 2005-117315公開了功率 放大器電路的相關技術，其包括預放大器和後功率放大器，並改變提 供給後功率放大器的電壓以改善效率。發明內容本發明的示例性目的是提供一種以高效率操作放大器的功率放 大器電路、 一種用於功率放大器的控制方法以及一種功率放大器電路 的控制程序。根據本發明示例性方面的電路包括第一可變增益放大器，用於 以第一增益來放大輸入信號；第二可變增益放大器，用於以第二增益 來放大第一放大器的輸出信號；以及控制電路，用於基於第一可變增 益放大器的輸出信號和第二增益來控制第一可變增益放大器的第一增rri^ 。根據本發明示例性方面的方法包括具有第一增益的第一可變增 益放大器以及具有第二增益的第二可變增益放大器，該第二可變增益 放大器用於放大第一可變增益放大器的輸出信號，該方法包括檢測 第一可變增益放大器的輸出信號的幅度；以及基於第一可變增益放大 器的輸出信號的幅度以及第二增益來控制第一增益。一種功率放大器電路的控制程序，用於使具有控制單元的CPU實 現上述功率放大器電路的功能。


根據下文結合附圖的詳細描述，本發明的示例性特徵和優點將變 得顯而易見，在附圖中圖l是示出第一示例性實施例的功率放大器電路的配置的示圖； 圖2是示出功率放大器電路的示例的示圖；圖3是示出功率放大器4的輸入-輸出的輸入-輸出特性和效率特性的示圖；圖4是D-CPL 3經過功率與Vdet 74之間的關係； 圖5是示出功率放大器4的Vd 73 (漏極電壓)與增益之間的關係 的示圖；圖6是示出功率放大器4的輸出功率與DET 5的Vdet 74之間的關係 的示圖；圖7是從另一視角示出功率放大器4的輸出功率與DET 5的Vdet 74之間的關係的示圖；圖8是示出與圖7相對應的控制表的示例的示意圖，用於示出功率 放大器4的輸出功率的關係；圖9是第一示例性實施例中所採用的控制表的示例，其示出了輸 出功率和基準電壓Vr 75之間的關係；圖10是示出本發明的第二示例性實施例的示圖；圖ll是示出本發明的第三示例性實施例的示圖；圖12是示出具有本發明不可缺少的元件的功率放大器電路的配 置的示圖；圖13是示出第二示例性實施例中的CPU 13的過程流的示圖； 圖14是示出第三示例性實施例中的CPU 18的過程流的示圖； 圖15是示出本發明相關技術的功率放大器電路的示圖； 圖16是示出本發明相關技術的另一功率放大器電路的示圖；以及 圖17是示出本發明相關技術的另一功率放大器電路的示圖。
具體實施方式
現在將根據附圖詳細描述本發明的示例性實施例。1.第一示例性實施例 l.l第一示例性實施例的配置 1.1. l總體配置圖1示出了第一示例性實施例的功率放大器電路的配置。該功率放 大器電路包括兩個放大器預放大器20和後(最終)功率放大器4。預放大器20包括放大器2和衰減器(ATT) 1。將定向耦合器(D-CPL) 3 布置在功率放大器4的前一級。功率放大器電路包括ATT 1、放大器2、 D-CPL3、功率放大器4、檢測器(DET) 5、電源(PS) 6、包括電阻器 7a和7b的模擬加法器、運算放大器(OP-AMP) 8、基準電壓源(REF) 9 和低通濾波器(LPF) 10。下面描述每一個電路的連接配置。在經過ATT1之後，由放大器2對來自前一級裝置的輸入信號71(例 如調製信號)進行放大。放大器2的輸出信號72經過D-CPL 3，並作為 信號76進入功率放大器4。功率放大器4將信號76放大至期望的輸出值， 並將其作為輸出信號77而輸出。PS6連接至功率放大器4。 PS6向功率 放大器4施加電源電壓(Vd) 73。 PS 6的輸出電壓等於功率放大器4的 Vd73。 PS 6是諸如開關電源之類的電源。PS 6的輸出電壓可以由來自 外部的控制信號(CONT-A)來控制。另一方面，D-CPL 3還連接至DET 5。 DET 5檢測放大器2在D-CPL 3處分流的輸出信號，並輸出檢測電壓 (Vdet) 74。 DET 5將Vdet 74經電阻器7a施加到0P-AMP 8的正相輸入 端。還將PS 6的輸出電壓經電阻器7b施加至0P-AMP 8的正相輸入端。 將REF9輸出的基準電壓(Vr) 75提供給OP-AMP 8的反相輸入端。REF 9 的Vr 75可以由來自外部的控制信號(匿-B)來控制。OP-AMP8的輸 出通過LPF IO進入ATT 1。 LPF IO的輸出控制ATT 1。在這些條件下， 經0P-AMP 8施加的Vdet 74具有對ATT l和放大器2產生負反饋控制的極 性。在本發明的示例性實施例的功率放大器電路中，D-CPL3、 DET5、 電阻器7a和7b、 OP-AMP 8、 REF 9以及LPF IO作為功率控制器。1. 1.2功率放大器的電路圖2示出了功率放大器4的電路的示例。功率放大器4包括場效應電晶體(FET) 15組成的單級放大器。在圖2中，FET 15的源極端子81接 地。FET 15的柵極端子82經匹配電路16a和耦合電容器17a組成的串聯 電路而連接至輸入端。將FET 15柵極側的偏壓經匹配電路16c提供給耦 合電容器17a和匹配電路16a的節點。FET 15的漏極端子83經匹配電路 16b和耦合電容器17b組成的串聯電路而連接至輸出端。將FET 15的漏 極的Vd 73經匹配電路16d提供給匹配電路16b和耦合電容器17b的節 點。1.2工作原理將描述第一示例性實施例的功率放大器的工作原理。將依次描述 第一示例性實施例的每一部分的工作特性。1.2. 1經過耦合器的電功率與檢測器的輸出電壓之間的關係 將描述經過D-CPL 3的信號功率(下文稱作"D-CPL 3經過功率") 與DET 5輸出的檢測電壓(Vdet) 74之間的關係。圖4示出了D-CPL 3經過功率與Vdet 74之間的關係。DET 5輸出的 Vdet 74在D-CPL 3經過功率增大時變高。圖4示出了功率放大器4的Vd 73為5V和10V的情況。即使這些情況下的Vd 73彼此不同，示出這些情 況下D-CPL 3經過功率與Vdet 74之間的關係的曲線彼此相同。由於將 DET 5布置在功率放大器4的前級，因此DET 5的Vdet 74不取決於功率 放大器4的Vd 73。然而，Vdet 74與功率放大器4的輸出功率之間的關 系取決於功率放大器4的Vd 73。在下文對此進行描述。1.2.2功率放大器的電源電壓與增益之間的關係。 將相對於功率放大器4的輸出與DET 5的Vdet 74之間的關係以及Vd 73的變化來描述功率放大器4的增益改變。圖5示出了功率放大器4的Vd 73 (漏極電壓)與增益之間的關係。 即使功率放大器的Vd 73發生改變，其增益理論上也不會改變。然而， 如圖5中所示，增益實際上根據Vd 73而改變。例如，在功率放大器4 中，當FET 15的漏極電壓下降時，增益也下降。在圖5中，當Vd 73為IOV時，增益為10dB。然而，當Vd73是5V時，增益變為9dB，改變了ldB。 在功率放大器4中，其增益根據Vd73而改變。因此，功率放大器4 的輸出功率與DET 5的Vdet 74之間的關係也會根據電源電壓Vd 73而改 變。1.2.3功率放大器的輸出功率與檢測器的檢測電壓之間的關係。 圖6示出了功率放大器4的輸出功率與DET5的Vdet 74之間的關係。 當功率放大器4的電源電壓Vd73為5V且Vdet 74為2. 1V時，功率放大器 4的輸出功率對應於30dBm。然而，當功率放大器4的電源電壓Vd 73為 10V時，功率放大器的增益變得與電源電壓為5V時不同。因此，即使Vdet 74仍像Vd73為5V的情況下那樣為2. IV，當Vd 73為10V時，功率放大器 4的輸出功率表現為32dBm。換言之，當功率放大器4的Vd 73為10V時， 即使功率放大器4的輸出功率為30dBm， Vdet 74也會變得小於2. IV。這 意味著功率放大器4的輸出功率和DET 5的Vdet 74之間的關係包括取決 於功率放大器4的Vd 73的特性。1.2.4不考慮功率放大器的電源電壓的反饋控制的缺點。這裡，將描述不考慮功率放大器4的電源電壓Vd 73的情況下執行反饋控制時出現的缺點。假設圖l中不存在經電阻器7b向0P-AMP 8輸入Vd 73的連接。就是 說，不考慮功率放大器4的Vd 73，僅將Vdet 74施加到0P-AMP 8的正相 輸入端。如下面將提到的，為了有效地使用功率放大器，根據其輸出 功率，需要改變Vd 73。因此，當功率放大器用於30dBm或更小的輸出 功率時，Vd 73設為5V，而當功率放大器用於不小於31dBm的輸出功率 時，Vd73變為10V。這樣，對放大器2進行控制，使得其輸出功率可以 在如下每種情況中保持恆定放大器4的Vd 73為5V且其輸出功率為 30dBm或更少；以及放大器4的Vd 73為10V且其輸出功率不小於31dBm。 因此，功率放大器4的輸出功率與DET 5的Vdet 74之間的關係變為圖6 中所示的兩個特性的組合，即圖7中所示的關係。圖7從另一視角示出了功率放大器4的輸出功率與DET 5的Vdet 74之間的關係。如果在不考慮功率放大器4的Vd 73的情況下執行反饋控 制，貝l」Vdet 74與輸出功率之間的關係由圖7中的實線示出。圖8是與圖7相對應的控制表的示例，其示出了功率放大器4的輸出 功率、基準電壓Vr 75 (等於Vdet 74)以及功率放大器4的Vd 73的關 系。參照圖7和8，在功率放大器4為30dBm或更少的輸出功率範圍中， Vd73為5V。另一方面，當在不小於31dBm的輸出功率範圍中Vd73變為 IOV時，Vr 75 (檢測電壓Vdet 74)為2. 0V對應於輸出功率為31dBm， 而Vr 75為2. 1V對應於輸出功率為32dBm。因此，輸出功率為30dBm (Vd二5V)和32dBm (Vd:10V)對應於基準電壓Vr 75為2. IV。當存在與 相同的基準電壓Vr 75相對應的兩個輸出功率時，反饋控制迴路變得不 穩定，並且其控制可能會發散(divergent)。因此，當在不考慮功率 放大器4的電源電壓Vd 73的情況下執行反饋控制時，反饋迴路中的缺 點會不穩定地出現。1.2.5第一示例性實施例中的功率電平控制方法在示例性實施例中，根據功率放大器4的電源電壓Vd 73以及檢測 電壓Vdet 74來控制ATT l的衰減因數，以控制功率放大器4的輸出功率。 為了穩定地執行對功率放大器4的輸出功率的反饋控制，功率放大器4 的輸出功率需要根據檢測電壓Vdet74的增大而平滑地增大。例如，對 Vdet 74與功率放大器4的輸出功率之間的關係進行控制，使得Vd 73 為10V的特性與Vd73為5V的特性可以連續，如圖7中的虛線所示。換言 之，可以基於檢測電壓Vdet 74和提供給功率放大器4的電源電壓Vd73 來執行對ATT l的衰減因數的控制。在第一示例性實施例中，如圖1所示，由包括電阻器7a和7b的模擬 加法器將DET 5輸出的Vdet 74和PS 6輸出的Vd 73相加。OP-AMP 8把相 加後的電壓與來自REF 9的Vr 75進行比較。根據預先設置的期望輸出 功率來設置Vr75。上述控制可以避免圖7和8中示出的、待控制的兩個 輸出電壓值與一個基準電壓相對應的情況。望的輸出功率。例如，當輸出功率被設為40dBm時，Vr被設為3. 7V。根據該設置，功率放大器電路控制ATT1，使得3.7V的基準電壓Vr 75以及0P-AMP的輸入電壓變得相等。由此，功率放大器4的輸出功率保 持恆定。圖9所示的控制表中的右邊一列示出了功率放大器4的電源電壓Vd 73。當功率放大器4的期望設置的輸出功率為低時，施加到功率放大器 4的電源電壓Vd73也為低。由此，改善了功率放大器4的效率。當功率 放大器的輸出功率被設為高時，給功率放大器4施加高電源電壓。由此， 功率放大器4可以輸出高輸出功率。在圖9中，當輸出功率被設為不小 於31dBm時，施加給功率放大器4的電源電壓變為10V。當輸出功率被設 為30dBm或更小時，施加給功率放大器4的電源電壓變為5V。將說明不僅基於Vdet 74而且還基於提供給功率放大器4的Vd 73 來執行對ATT l的衰減因數進行控制的示例。在圖1中，電阻器7a和7b作為以預定比率將電壓相加的模擬加法 器。就是說，將Vdet 74和基於Vd 73相加的電壓之和的電壓提供至 0P-AMP8的正相輸入端。在第一示例性實施例中，當功率放大器4的Vd 73為10V時，電阻器7a和7b被布置為使施加至0P-AMP 8的正相輸入端的 電壓變得比Vd73為5V情況下高0.2V。在圖9所示的控制表中，在Vd 73 為10V和5V的情況下，施加至OP-AMP 8的正相輸入端的電壓相對於圖8 所示控制表中的Vr 75的值而增大。具體地，在Vd 73為5V的情況下， 增大的值為0.2V。在Vd 73為10V的情況下，增大的值為0.4V。因此， 當Vd 73為10V時，Vdet 74增大0.2V，這是與Vd 73為5V的情況下相比 的差電壓。在圖9中，斜體數字表示相加後的電壓值。執行負反饋，使 得Vdet74和增大的電壓之和變得等於Vr 75。因此，通過與圖9所示的 功率放大器的輸出功率相對應地設置Vr 75，可以獲得期望的輸出功 率。1.3第一示例性實施例的操作1. 3. 1定向耦合器的布置與功率放大器電路的功率效率之間的關係。下文將會詳細描述第一示例性實施例的功率放大器電路的操作。在圖1中，來自前級裝置的輸入71在經過ATT1後在放大器2中被放 大。來自放大器2的輸出信號72經過D-CPL 3。來自D-CPL 3的信號76 在由功率放大器4放大至期望的電功率後，變為輸出信號77。 D-CPL 3 分流從中經過的信號的一部分，以輸出至DET 5。 DET 5根據放大器2 輸出的信號電平來輸出檢測電壓74。因此，根據第一示例性實施例，功率放大器電路包括兩個放大器 前級中的放大器2和後級(最後級)中的功率放大器4。由於D-CPL 3 被設在功率放大器4之前，所以整個功率放大器電路的功率效率得以改 善。其原因如下所述。由於在D-CPL 3被布置在功率放大器4之後時經 過D-CPL 3的電功率為高，所以D-CPL 3中的電功率損耗也為高。相反 地，當D-CPL3被布置在功率放大器4之前時，經過D-CPL3而引起的電 功率損耗變低。因此，當D-CPL 3被布置在功率放大器4之前時，整個 功率放大器電路的功率效率得以改善。1.3.2反饋控制電路的操作接下來將會描述反饋控制電路。反饋控制電路使用基於DET 5的 Vdet 74和Vd 73相加後的電壓來執行對放大器2的輸出功率的反饋控 制。在圖1中，被設置為模擬加法器的電阻器7b連接至0P-AMP8和電阻 器7a。以預定比率將Vd 73連同Vdet 74—同施加至0P-AMP 8的正相輸 入端。在0P-AMP8中，對相加後的電壓與REF9輸出的Vr 75進行比較。 在OP-AMP8中放大的差電壓78經LPF10反饋至ATT 1。執行負反饋控制， 以使放大器2的輸出功率變得恆定。換言之，當放大器2的輸出功率變 高時，Vdet 74變高。當Vdet 74變高時，OP-AMP 8的輸出也變高。此 時，當OP-AMP8的輸出電壓增大時，控制ATT1使得衰減由此增大。這 樣，當Vdet 74變高時，放大器2的輸出功率變低。負反饋以該方式操 作。當放大器2的輸出功率減小時，Vdet74變低。此時，當控制ATT1 的衰減為低時，放大器2的輸出功率變高。這裡，如在部分1.2.5中所 述，Vd 73為5V或10V，取決於期望的輸出功率。施加至0P-AMP 8的正 相輸入端的電壓也根據Vd 73的值而改變。當Vd 73為10V時，施加至0P-AMP8的正相輸入端上的電壓比Vd73為5V的情況下高0.2V。反饋控 制電路的操作使得輸入至OP-AMP 8的Vr 75變得與經電阻器7a和7b施加 到OP-AMP8的正相輸入端的電壓相等。負反饋控制使放大器2的輸出保 持恆定。1.3.3功率放大器的操作和功率效率將會描述第一示例性實施例的功率放大器4的操作和功率效率。圖2所示的功率放大器是包括單級FET 15的放大器。匹配電路連接 至FET 15。偏壓電路布置在FET 15的柵極側。從FET 15的漏極側提供 功率。因此，功率放大器4中的電路配置是簡單的。使用FET15的放大 器的級數是單級。由於放大器的級數很少，穩態期間的功率放大器4 的工作條件的波動較小。因此，即使執行控制以通過改變前級中的放 大器2的輸出來改變功率放大器4的輸入功率，由此獲得放大器4的期望 輸出功率，也能夠正常地控制整個功率放大器電路。圖3示出了功率放大器4的輸入-輸出中的輸入-輸出特性和效率特 性。功率放大器4在Vd 73為高時可以輸出高輸出功率。功率放大器4 的這種操作明顯可基於根據功率放大器4的電源電壓Vd 73的差的輸出 功率的特性來識別。另一方面，根據圖3，在固定的電源電壓之下，功 率放大器4在靠近其最大輸出的區域中最有效率，而且在其它區域中效 率下降。因此，當功率放大器4的Vd 73在低輸出功率區域中保持為低 且在高輸出功率區域中保持為高時，可以在寬的輸出範圍內獲得高的 效率。如圖3所示，當功率放大器4的輸入功率大於或等於特定值時， 其輸出發生飽和，變為恆定值。當功率放大器4的輸出發生飽和時，其 輸入-輸出特性的線性變差，而且在其輸出信號中出現失真。因此，期 望在具有低電源電壓情況下輸出功率沒有發生飽和的區域中，由低電 源電壓變為高電源電壓。在第一示例性實施例中，D-CPL 3和用於檢測放大器2的輸出功率 的DET5恰好被布置在功率放大器4之前。由此，D-CPL3引起的絕對數 量的損耗得以減小。最終級中的功率放大器4的Vd73是可變的。因此， 無論功率放大器的輸出功率如何，功率放大器電路的效率總為高。1.4第一示例性實施例的效果如上所述，當Vd73為10V時，將比Vd 73為5V時高0. 2V的電壓輸入 至OP-AMP 8的正相輸入端，並將其與Vr 75進行比較。由此，如圖9中 所示，可以避免存在與一個基準電壓相對應的兩個待控制的輸出電壓 值的情況。將檢測電壓和相加的電壓之和與輸出功率之間的關係表示 為圖7中所示的粗直的斷點線。就是說，功率放大器的輸出功率的線性 得以改善。根據第一實施例，當由Vd 73確定的電壓與Vdet 74相加時，基準 電壓Vr75與輸出功率之間的關係變為線性。然而，修正後的基準電壓 與輸出功率之間的關係不一定具有正確的線性關係。例如，即使基準 電壓關於輸出功率單調地增大，發射電平的控制也不會變得不穩定。因此，在本發明中，可以在圖1所示的功率放大器電路中在0P-AMP 8的正相輸入端處將檢測電壓與某個電壓相加，而無需正確的調整。2.第二示例性實施例在上述第一示例性實施例中，通過模擬處理來執行對功率放大器 電路的負反饋控制。然而，本發明可以通過負反饋控制中的數字處理 來實現。2.1第二示例性實施例的配置和操作圖10示出了本發明的第二示例性實施例。根據圖1所示的第一示例 性實施例，運算放大器(OP-AMP) 8的輸出被輸出至低通濾波器(LPF) 10。 LPF10作為模擬迴路濾波器。根據第二示例性實施例，將OP-AMP8 的輸出信號91輸出至A/D轉換器(A/D) 11。用於設置功率放大器4的輸 出功率的控制信號(CONT-C) 93進入CPU 13。 CPU 13對輸出信號92和 A/D 11的控制信號93進行處理，以產生反饋信號94並實現濾波功能。 經D/A轉換器(D/A) 12將反饋信號94轉換為模擬信號。被轉換為模擬 信號95的反饋信號94控制ATT 1。圖13示出了第二示例性實施例中的CPU 13的過程流。CPU 13從A/Dll接收OP-AMP 8的具有數位訊號形式的輸出信號91 (SIOI)。 CPU 13 根據A/D11的輸出信號92和控制信號93中產生反饋信號94 (S102)。此 外，CPU 13將反饋信號94輸出至D/A 12 (S103)。2.2第二示例性實施例的效果在第二示例性實施例中，例如當CPU 13實現數字濾波功能時，功 率放大電路的用戶可以自由地設置迴路的時間常數。CPU 13將基於控 制信號93的數字值與經A/D ll轉換後的數字值進行比較，以產生反饋 信號94。因此，可以省略圖1中所示的外部REF 9。根據第二示例性實 施例，由於使用了由CPU 13控制的數字濾波器，因此可以精確地控制 反饋迴路。在第二示例性實施例中，可以添加溫度傳感器(溫度傳感 器)14，並將其輸出輸入至CPU 13。當CPU 13中產生反饋信號94時， 可以使用溫度傳感器14的輸出值，基於外界溫度的波動來修正檢測器 (DET) 5以及電阻器7a和7b的特性的波動。3.第三示例性實施例3.1第三示例性實施例的配置和操作圖11示出了本發明的第三示例性實施例。在第三示例性實施例中， 圖10中所示示例性實施例的一部分發生變化。在本實施例中，使用與 檢測器(DET) 5和電源6的輸出相對應的A/D轉換器(A/D) lla和llb 來代替圖10中的運算放大器(OP-AMP) 8以及電阻器7a和7b。 A/D lla 和llb的輸出進入CPU 18。圖14示出了第三示例性實施例中的CPU 18的過程流。A/D lla和llb 將檢測電壓74和電源電壓73分別轉換為數位訊號101和102。 CPU 18從 A/D 1la和llb接收檢測電壓101和電源電壓102 (S20"。 CPU 108以預 定比率將這些數位訊號相加(S202)。 CPU18對相加的結果值與CPU18 內產生的與控制信號103相對應的值之間的差進行處理，從而獲得反饋 信號104 (S203)。 CPU 18將反饋信號104輸出至D/A轉換器(D/A) 12 (S204)。3.2第三示例性實施例的效果在示例性實施例中，與圖IO所示實施例相同的效果包括精確受控的反饋迴路和經溫度傳感器14的修正。在第三示例性實施例中，CPU18 數字地將檢測電壓101與電源電壓102相加，取代了作為模擬電路的 OP-AMP 8。因此，在第三示例性實施例中，不存在由於外界溫度的變 化而由OP-AMP的電阻或特性的波動而造成的影響。因此，獲得了高精 確的處理結果，而且可以執行穩定的輸出功率控制。在本發明的第一至第三示例性實施例中，描述了包括兩個放大器 的功率放大器電路的示例，其中預放大器20在其輸入部分具有ATT 1， 而在後級(最終級)具有功率放大器4，並使用反饋信號來控制ATT1。 另一方面，明顯可以看出，放大器2用作預放大器，而且其輸出受其增 益的控制。本發明包括具有任意備選配置的放大器電路。在上述示例 性實施例中，示出了檢測器5由恰好位於最終級的功率放大器4之前的 定向耦合器(D-CPL) 3所連接的示例。另外，可以使用各個分流電路 代替D-CPL 3來連接檢測器。本發明包括這樣的任意配置。作為示例性實施例，例如，圖l中示出了將電源(PS) 6向功率放 大器4輸出的電源電壓Vd73添加到DET5的檢測輸出的示例。明顯看出，理論上可以基於檢測輸出以及電源電壓的相加值與基準電壓之間的差 來執行對布置在放大器2的輸入側的ATT l的控制。例如，即使模擬加 法器從OP-AMP 8的基準電壓Vr 75中減去預定比率的電源電壓Vd，也可 以獲得類似的效果。還可以明顯看出，上述示例性實施例包括配置上 的任意改變。4.第四示例性實施例4. l第四示例性實施例的配置圖12是具有本發明不可缺少的元件的功率放大器電路的配置。在 圖12的框圖中，本發明的功率放大器電路包括預放大器51、功率放大 器52、檢測器(DET) 53、電源(PS) 54、反饋電路(FB) 55和耦合器 (CPL) 56。CPL56分流預放大器51的輸出，並將該輸出輸入至DET53。 DET 53檢測從CPL 56輸入的信號，並將該信號輸入至FB 55。 PS 54向功率放 大器52提供電功率。將DET53的輸出和來自PS54的分流的電源電壓輸 入至FB 55。 FB 55將通過對這些輸入迸行處理而獲得的信號輸出至預 放大器51，以控制預放大器51。換言之，具有圖12所示的配置的功率放大器電路包括具有控制電 路的預放大器以及最終級的功率放大器，所述控制電路用於執行對輸 出的反饋控制，該功率放大器電路基於預放大器的輸出的檢測電壓以 及功率放大器的電源電壓來控制該預放大器。因此，圖12中描述的功 率放大器電路解決了如下問題CPL 56中存在大量的損耗，而且功率 放大器的增益根據所提供的電壓而改變，從而導致反饋迴路的不穩定 性。本發明可以廣泛地用於整個無線電通信設備。具體地，本發明在 具有高電功率的發射機以及針對電池操作的設備中是有效的，在這些 發射機和設備中功率效率是重要高的，而且本發明在小型化設備中是 有效的，以減小散熱結構。在背景部分中描述的圖15所示的相關技術的功率放大器電路中， 為了使發射機的輸出保持恆定，對功率放大器的輸出進行檢測，並根 據所檢測的電壓來控制其輸入電平。在背景部分中描述的圖16所示的 相關技術的另一功率放大器電路中，為了改善功率放大器的效率，將 放大器分為預放大器和最終級的功率放大器，以減小輸出損耗。在背 景部分中描述的圖17所示的相關技術的另一功率放大器電路中，對提供給功率放大器的電壓進行控制。在對提供給功率放大器的電壓進行控制的功率放大器電路中，期 望功率放大器的增益不會改變。然而，實際上，功率放大器的增益會 由於電源電壓而改變。因此，由於無法獲得期望的正確功率值，圖15 所示的功率放大器電路不能正常地控制功率放大器的電功率。圖15所 示的功率放大器電路無法使輸出功率在寬範圍內保持恆定。具體地，在圖15所示的功率放大器電路中，當發射功率在自動發 射功率控制(ATPC)中系統地得到控制時，例如在基於對方站的接收 電平而執行發射功率控制的情況下，控制迴路變得發散。因此，由於當背景部分中描述的相關技術的功率放大器電路改變 功率放大器的電源電壓時功率放大器的增益發生改變，發射機的輸出 會發生波動。在背景部分中描述的相關技術的功率放大器中，當自動電平控制(ALC)迴路中形成斷點(break point)時，控制變得不穩 定。下面是根據本發明的示例性優點。在本發明中，定向耦合器和檢 測器恰好設置在最終級的功率放大器之前。因此，可以減小放大器輸 出的損耗。此外，可以改善整個放大器的功率效率。當功率放大器的 電源電壓發生改變時，其輸出功率改變，而且功率放大器可以一直在 有效範圍內使用。此外，在本發明中，基於功率放大器的電源電壓和 檢測電壓來控制預放大器。結果，即使功率放大器的增益由於電源電 壓而發生波動，也可以改善功率電平相對於功率放大器的控制信號的 線性。可以防止控制迴路變得不穩定。雖然參考本發明的示例性實施例具體示出和描述了本發明，然而 本發明不局限於這些實施例。本領域的技術人員可以理解，在不背離 由權利要求所限定的本發明的精神和範圍的前提下，可以在形式和細 節上做出各種改變。此外，發明人的意圖是，即使權利要求在審査期間發生修改，也 要保留所要求保護的本發明的所有等同物。
權利要求
1.一種功率放大器電路，包括第一可變增益放大器，用於以第一增益來放大輸入信號；第二可變增益放大器，用於以第二增益來放大所述第一可變增益放大器的輸出信號；以及控制電路，用於基於所述第一可變增益放大器的所述輸出信號和所述第二增益來控制所述第一可變增益放大器的所述第一增益。
2. 根據權利要求l所述的功率放大器電路，其中，所述控制電路基於所述第一可變增益放大器的所述輸出信 號的檢測信號以及所述第二可變增益放大器的增益控制信號來控制所 述第一可變增益放大器的所述第一增益。
3. 根據權利要求2所述的功率放大器電路，包括定向耦合器，用於將所述第一可變增益放大器的所述輸出分流為 第一信號和第二信號；以及檢測器，用於檢測所述第二信號並輸出檢測信號， 其中，所述第二可變增益放大器放大所述第一信號。
4. 根據權利要求1所述的功率放大器電路，其中 所述第一可變增益放大器包括具有可變衰減因數的衰減器，以及 所述第一增益由受到所述控制電路控制的所述衰減因數控制。
5. 根據權利要求3所述的功率放大器電路，其中，所述控制電路包括模擬加法器，用於將所述檢測信號與所述增益控制信號相加；以及減法電路，用於輸出所述模擬加法器的輸出與預定基準電壓之間 的差的幅度，其中，根據所述減法電路的輸出來控制所述第一增益。
6. 根據權利要求5所述的功率放大器電路， 其中，所述控制電路包括控制單元；模數A/D轉換器，用於對所述模擬加法器的所述輸出進行A/D轉 換；以及數模D/A轉換器，用於將來自所述控制單元的數字值轉換為要輸 出給所述第一可變增益放大器的模擬信號，其中，所述控制電路輸出基於對所述模擬加法器的所述輸出和所 述基準電壓的模數轉換的結果的所述數字值。
7. 根據權利要求3所述的功率放大器電路， 其中，所述控制電路包括控制單元；第一模數A/D轉換器，用於對所述檢測電壓進行A/D轉換； 第二A/D轉換器，用於對所述第二放大器的增益控制信號進行A/D 轉換；以及數模D/A轉換器，用於將來自所述控制單元的數字值轉換為要輸 出給所述第一放大器的模擬信號，其中，所述控制電路輸出基於所述第一A/D轉換器的A/D轉換結果 以及所述第二A/D轉換器的A/D轉換結果的所述數字值。
8. —種功率放大器電路的控制方法，所述功率放大器電路包括具 有第一增益的第一可變增益放大器以及具有第二增益的第二可變增益 放大器，所述第二可變增益放大器用於放大所述第一可變增益放大器 的輸出信號，所述方法包括步驟檢測所述第一可變增益放大器的所述輸出信號的幅度；以及 基於所述第一可變增益放大器的所述輸出信號的所述幅度以及 所述第二增益來控制所述第一增益。
9. 根據權利要求8所述的功率放大器電路的控制方法，其中，所述檢測步驟包括檢測所述第一可變增益放大器的所述輸出信 號的檢測信號的幅度；以及所述控制步驟包括基於所述幅度和所述第二可變增益放大器的 增益控制信號來控制所述第一增益。
10. 根據權利要求9所述的功率放大器電路的控制方法，其中，根據從所述第一可變增益放大器的輸出分流出的信號來檢測所 述檢測信號的所述幅度。
11. 根據權利要求8所述的功率放大器電路的控制方法，其中，改變衰減器的衰減因數；以及 基於所述衰減因數來控制所述第一增益。
12. 根據權利要求9所述的功率放大器電路的控制方法，還包括 將所述檢測信號的所述幅度與所述增益控制信號相加；以及 輸出所述相加結果與預定基準電壓之間的差的幅度，其中，基於所述幅度來控制所述第一增益。
13. 根據權利要求12所述的功率放大器電路的控制方法，包括 對所述相加結果進行A/D轉換；基於所述A/D轉換結果以及所述基準電壓來計算用於控制所述第 一可變增益放大器的所述增益的數字值；以及 對所述數字值進行D/A轉換。
14. 根據權利要求9所述的功率放大器電路的控制方法，包括 對所述檢測電壓進行A/D轉換；對用於控制所述第二增益的信號進行A/D轉換；基於對所述檢測電壓的A/D轉換結果以及對用於控制所述第二增 益的所述信號的A/D轉換結果輸出數字值；以及 對所述數字值進行D/A轉換。
15. —種功率放大器電路的控制程序，用於使具有權利要求6所述 的控制單元的CPU實現所述功率放大器電路的功能。
16. —種用於記錄功率放大器電路的控制程序的記錄介質， 其中，所述控制程序是根據權利要求15所述的控制程序。
17. —種功率放大器電路的控制程序，用於使具有權利要求7所述 的控制單元的CPU實現所述功率放大器電路的功能。
18. —種用於記錄功率放大器電路的控制程序的記錄介質， 其中，所述控制程序是根據權利要求17所述的控制程序。
全文摘要
本發明提供了一種功率放大器電路及其控制方法和控制程序，其中該功率放大器電路包括第一可變增益放大器，用於放大輸入信號；第二可變增益放大器，用於放大第一放大器的輸出信號；以及控制電路，用於基於第一可變增益放大器的輸出信號和第二可變增益放大器的增益來控制第一可變增益放大器的增益。
文檔編號H04B7/005GK101262262SQ20081008320
公開日2008年9月10日 申請日期2008年3月4日 優先權日2007年3月6日
發明者桐澤明洋 申請人:日本電氣株式會社