射頻發射機的功率控制電路的製作方法

2023-05-01 06:24:41 2

專利名稱：射頻發射機的功率控制電路的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及射頻發射機，特別是涉及射頻(RF)發射機的功率控制電路，該發射機可有利地用於碼分多址(CDMA)無線電電話中。
碼分多址(CDMA)蜂窩用戶移動站的性能要求在1993年7月出版的電子工業協會EIA/TIA/IS-95的「雙模寬帶擴頻蜂窩系統的移動站--陸地站兼容標準」(Electronic Industries Association EIA/TIA/IS-95「Mobile Station-Land Station Compatibility Standard for Dual-ModeWideband Spread Spectrum Cellular System」)(在這裡稱為「IS-95標準」)中規定了。IS-95標準為發射信號的輸出功率控制規定了最小動態範圍和允許的發射邊帶噪聲輻射的最小量。
為III類移動站規定的輸出功率控制的最小動態範圍是73dB(-50dBm至+23dBm)。當考慮了發射增益容差時，要求的動態範圍為85dB。
發射邊帶輻射技術要求提出了在較高輸出功率可適用的dBc極限和在較低輸出功率電平可適用的輻射最低限度。對於在900kHz和1.98MHz之間的載頻的頻率偏移，相對於在1.23MHz帶寬中希望的發射功率最大輻射必需小於42dBc/30kHz或比-60dBm/30kHz和-55dBm/1MZz都小。對於載頻頻偏大於1.98MHz，相對於在1.23MHz帶寬中希望的發射功率最大輻射必需小於-54dBc/30kHz或比-60dBm/30kHz和-55dBm/1MZz都小。為了產生高質量的的移動站，邊帶輻射技術被增加了10dB的餘量。因此，輻射最低限度(-60dBm/30kHz和-55dBm/1MHz)的設計目標是-70dBm/30kHz和-65dBm/1MHz。
在其它的蜂窩系統(AMPS，NAMPS，NADC，GSM，PDC，等等)中，移動站要求的輸出功率控制的動態範圍典型地比CDMA移動站要求的輸出功率控制的動態範圍(即85dB)低得多(即20至30dB)。在這些其它的系統中，要求的輸出功率控制的動態範圍典型地是通過控制可變增益級諸如可變增益功率放大器(PA)或者控制壓控衰減器(VCA)提供的，其功率放大器(PA)放大射頻(RF)信號，其衰減器衰減中頻(IF)信號。明顯地，這些方案確實滿足輸出功率控制的動態範圍要求或CDMA移動站的邊帶輻射要求。
當RF信號的增益控制電路靠近天線放置時，得到好的發射邊帶輻射性能。不幸的是，在這個條件下，沒有提供很好的屏蔽和接地，不容易實現85dB的RF信號的增益控制。
85dB的增益控制範圍可在典型地為100至200MHz的IF範圍中的發射信號上實現。但是，在IF範圍中控制功率控制的85dB動態範圍是不利的，因為它不優化邊帶噪聲輻射要求。為了滿足邊帶噪聲輻射要求，該增益控制級後面的增益必需最小，以便使在低輸出功率電平的發射機中產生的邊帶噪聲最小。這要求發射IF增益級輸出較高的輸出電平。這意味著發射IF增益級的高線性，這導致較高的電耗。例如，SONYCXA3002N發射增益控制放大器僅在中頻具有85dB的動態範圍，三階攔截點(third order intercept point)(OIP3)輸出+10dBm和35mA的電耗。
85dB增益控制級控制IF範圍的發射信號的另一個缺點是對寄生噪聲和在其它無線電部分產生的噪聲敏感。例如，如果增益控制級輸出的最大輸出功率是足夠線性的-5dBm和最壞情況的增益控制級後面的最大增益是35dB，則在這點接收的最大噪聲和寄生噪聲必需小於-105dBm/30kHz和-90dBm/1MHz，以便通過具有足夠餘量的輻射最低限度。不是不可能取得這些電平，但是，這可能要求使用額外的屏蔽和幾個板和/或IC修正版。即使取得這樣的隔離程度，電耗仍將高於所希望的。
因此，需要一種RF發射機的功率電平控制電路，在使RF發射機的邊帶噪聲輻射、電耗和複雜性最小的同時提供輸出功率控制的寬的動態範圍。


圖1表示適合在碼分多址(CDMA)射頻(RF)蜂窩電話系統中使用的無線電電話機的方框圖。
圖2表示在圖1的無線電電話機中所示的增益控制器的方框圖。
圖3是圖4和5中所示的兩個圖的結合，表明圖1的無線電電話機中所示的發射器的總增益對於輸出功率的曲線圖。
圖4表示圖1的無線電電話機中所示的發射器的第一可變增益級的增益對於輸出功率的曲線圖。
圖5表示圖1的無線電電話機中所示的發射器的第二可變增益級的增益對於輸出功率的曲線圖。
圖1表示適合在碼分多址(CDMA)射頻(RF)蜂窩電話系統中使用的無線電電話機100的方框圖。在本發明的優選實施例中，無線電電話機100是蜂窩無線電電話機，該電話機可採用本領域公知的多種形式，諸如車載單元、便攜單元或者可搬運的單元。根據本發明的優選實施例，蜂窩無線電電話機是碼分多址(CDMA)蜂窩無線電電話機，它被設計與在前述IS-95標準中敘述的CDMA蜂窩無線電電話系統兼容。
無線電電話機100一般包括一個發射器102、一個接收器104、一個無線電電話機控制器105和一個天線106。接收機104一般包括一個接收(Rx)帶通濾波器140、一個信號接收器142、一個解碼器與解調器144和一個信息宿146。無線電電話機控制器105一般包括一個微處理器、只讀存儲器和隨機存取存儲器。一般地，接收機104、無線電電話機控制器105和天線106都是本領域所公知的，如在具有型號#SUF1712的無線電電話機、美國專利No.5,321,847和前述IS-95標準中所教導的，它們被引入本文供參考。
發射器102一般包括一個信息源108、一個編碼器與調製器110、一個發射(Tx)中頻(IF)本機振蕩器112、一個第一可變增益級114、一個上變頻級116、一個發射(Tx)射頻(RF)本機振蕩器118、一個第二可變增益級120、一個末級和一個增益控制器130。上變頻級116一般包括一個上變頻混頻器160和第一RF帶通濾波器162。末級122一般包括一個激勵放大器170、第二RF帶通濾波器、一個功率放大器174和第三RF帶通濾波器176。上變頻級116和末級122的發射調整隻通過例子敘述。與本發明兼容的其它發射調整可被實現，正如發射器設計領域的技術人員所熟悉的。
發射器102的110的編碼器部分和接收器104的解碼器與解調器144一般包含在專用集成電路(ASIC)中，如在IEEE1992年常規集成電路會議文集第10.2節第1-5頁的「CDMA移動站Modem ASIC(CDMAMobile Station Modem ASIC)」中所敘述的，再如在IEEE1992年常規集成電路會議文集第10.1節第1-7頁的文章「CDMA數字蜂窩系統ASIC概述(CDMA Digital Cellular System an ASIC Overview)」中所教導的(引入本文供參考)。
在工作中，無線電發射機102從信息源108接收信息，典型地如話音或數據。信息源提供由編碼器與調製器110編碼和調製的信息信號109。Tx IF本機振蕩器112產生例如具有150MHz頻率的Tx IF本機振蕩器信號111。編碼器與調製器110響應信息信號109調製Tx IF本機振蕩器信號111，產生已調信號113。已調信號113的中心頻率稱為TxIF頻率，例如為150MHz。已調信號113由具有受增益控制信號131控制的增益的一個可變增益級114放大，產生Tx IF信號115。Tx RF本機振蕩器118產生具有高於希望的Tx IF中心頻率(例如824至894MHz)的頻率150MHz的Tx RF本機振蕩器信號117。上變頻級116將Tx IF信號115從Tx IF中心頻率變頻為希望的Tx RF中心頻率並且使用第一RF帶通濾波器162濾波這個信號而產生第一Tx RF信號119。第一Tx RF信號119由具有受增益控制信號133控制的增益的第二可變增益級120放大，產生第二Tx RF信號121。而第二Tx RF信號121由末級122放大和濾波，產生經過天線106發射的Tx輸出信號123。
在優選的實施例中，第一可變增益級114和第二可變增益級120是溫度補償的連續可變壓控衰減器。每個增益級的增益變換函數G(V)在該工作範圍內基本上是控制電壓的線性函數，式中的G(V)是以dB為單位的增益，而V是控制電壓。另一個方案，可變增益級可以以本領域技術人員所熟悉的數字控制的衰減器或可變增益放大器實現。
接收器104以常規的方式提供一個接收信號強度指示(RSSI)信號148和一個閉環校正信號147給無線電電話機控制器105。在IS-95標準中所述的常規的方式中，無線電電話機控制器105將這兩個信號與指示發射器及接收器增益偏差對於頻率信道關係的信道增益調節信號組合，產生指示希望的發射機輸出功率的Tx輸出功率控制信號150。信道增益調節信號對於頻率信道的關係的表是在無線電電話機100製造期間確定的並且存儲在無線電電話機控制器105中。無線電電話機控制器105提供Tx輸出功率控制信號150和跨越閾值信號151給增益控制器130。跨越閾值信號151是本發明的一個重要的特徵並將參照圖2、3、4和5更詳細地敘述。響應Tx輸出功率控制信號150和跨越閾值信號151，增益控制器分別提供第一增益控制信號131和第二增益控制信號133給第一可變增益級114和第二可變增益級120來控制該發射器的輸出功率，同時使發射輸出信號的邊帶噪聲最小。增益控制器130的工作將在下文參照圖2做更詳細地敘述。
發射輸出信號邊帶噪聲可被表示為由該噪聲源後面的增益級放大的獨立噪聲源來的噪聲的和。噪聲源包括涉及其輸入的增益級的熱噪聲和耦合到一級的輸入的外部幹擾。涉及其輸入的增益級的熱噪聲以術語噪聲指數(F)、波茲曼常數(k，這裡k＝1.38×10-23焦耳/K)，以絕對溫度(T)表示的溫度和以Hz表示的測量帶寬(B)定義為kT·B·(F-1)，正如本領域技術人員所熟悉的。涉及其輸入的熱噪聲在下文表示為Nth。例如，在T＝298K(25℃)，具有在30kHz帶寬測量的噪聲指數10的涉及一級的輸入的熱噪聲是1.07毫微微瓦(fW)或-119.7dBm。在該級輸入的外部幹擾可由在該級的電源和地上耦合的共模和/或從噪聲源來的輻射幹擾的接收產生的。該幹擾一般包括時鐘諧波和由無線電電話機中的其它電路產生的高速數據信號的諧波。在極端的情況下，該幹擾也可能由該無線電電話機外部的高功率無線電信源例如電視發射機產生。具有增益(G)的增益級的總噪聲輸出是[Nth+I]·G+No·G，式中I是在輸入接收的幹擾而No是從前一級來的輸出噪聲。在發射器102中，總的輸出噪聲(N)可以以下面所示的等式1(式1)表示。
式1N＝(Nin1+Nmod)·G1·Gu·G2·Gf+Ninu·Gu·G2·Gf+Nin2·G2·Gf+Ninf·Gf式中Gk是k級的增益，Nink＝Nthk+Ik，Nthk是k級的熱噪聲，Ik是在k級的輸入幹擾，Nin定義為數量(Nth+I)，而Nmod是編碼器/調製器110的輸出噪聲。腳標k的定義如下1-第一可變增益級114u-上變頻級1162-第二可變增益級120f-末級122注意在式1中，第二可變增益級120增益的減少將減少對來自除了末級以外的所有信源的總輸出噪聲的作用。因此，為使總輸出噪聲最小，希望使末級122的增益最小和使第二可變增益級120的範圍最大。在理想的方法中，僅僅通過控制第二可變增益級120可實現整個輸出功率動態範圍而且第一可變增益級可除去。但是，實際的考慮排除了便攜單元諸如CDMA無線電電話機的這種情況，便攜單元小且輕，具有低成本和低功耗以及具有高頻率和高動態範圍功率控制。
在發射器102中，希望的Tx輸出信號123的輸出功率電平(P)可以以下式2表示式2P＝Pmod·G1·Gu·G2·Gf式中Gk是k級的增益，而Pmod是已調信號113的功率電平。腳標k的定義與上面式1中敘述的相同。
在實施該理想的方法的一個挑戰是在RF頻率(例如824-849MHz)取得的85dB輸出功率控制動態範圍。在更高頻率該挑戰變得更大。在最小輸出功率，到第二可變增益級120的輸入信號達到比該輸出功率大85dB。上面所討論的關於幹擾的一些相同情況適用於第二可變增益級120輸入信號與該級輸出的耦合。該耦合可是由該級的電源與地的共模耦合和/或在輻射輸入信號的輸出端的接收產生的。在理論上，這個問題可使用在射頻的多個級、良好的接地實際和屏蔽來克服；但是，對於小的、輕的、低成本的便攜單元一般來講是不實際的。
根據本發明的優選實施例，更實際的解決方案是在Tx RF頻率(824-849MHz)的可變增益級諸如第二可變增益級120和在Tx IF頻率(150MHz)的可變增益級諸如第一可變增益級114之間劃分功率控制動態範圍的要求。一個功率控制方案在儘可能大的功率控制動態範圍內控制第二可變增益級120和在其餘範圍內控制第一可變增益級114。因此，第二可變增益級120的增益控制範圍最大，從實際上考慮例如僅限制為45dB。第一可變增益級114的增益控制範圍則設計在至少40dB(即85dB～45dB)。上面所述的式1表示輸出噪聲在最高增益設定為最高。因此，希望在輸出功率動態範圍的高功率端調節第二可變增益級120，並在輸出功率動態範圍的低功率端調節第一可變增益級114。
根據優選的實施例，實際的功率控制方案的工作在圖3、4和5最進一步說明。圖3是圖4和5中所示的曲線的結合，表明對於圖1的無線電電話機中所示的發射器的總增益與總輸出功率的曲線。圖3中的曲線表示第一可變增益級114和第二可變增益級120之間發射器增益控制功能的劃分。曲線300是以dB為單位的發射器增益對以dBm為單位的發射器輸出功率的曲線圖。虛線301表示增益跨越閾值電平。虛線302表示功率跨越電平。在曲線300的點A，第一可變增益級114和第二可變增益級120都在它們的預定的最大增益設定。在曲線300的點B，第一可變增益級114設定為其最大增益設定，而第二可變增益級120設定為其預定的最小增益設定。在曲線300的點B表示在第二可變增益級120與第一可變增益級114之間增益控制中的瞬變或跨越。在曲線300的點C，第一可變增益級114和第二可變增益級120都設定在它們的預定的最小增益設定。在虛線301以下和至虛線302的左側的該曲線圖的區域1相應於發射器輸出功率/增益的低端。在這個區域中，第二可變增益級120的增益保持在其最小值不變，而第一可變增益級114增益是變化的，以便變化發射器的功率輸出。在區域1，希望的輸出功率的1dB的減小導致第一可變增益級114增益減小1dB和導致上述式1第一項的噪聲影響減小1dB。在虛線301以上和至虛線302的右側的該圖的區域2相應於發射器輸出功率/增益的高端。在這個區域，第二可變增益級120增益是變化的，以便變化發射器的功率輸出，而第一可變增益級114的增益保持在其最大設定不變。在區域2，希望的輸出功率減小1dB，導致第二可變增益級120增益減小1dB和導致上述式1除末項(末級)以外的所有輸出噪聲影響減小。
圖4表示第一可變增益級114的增益對於輸出功率的曲線圖。曲線400是以dB為單位的第一可變增益級114增益對以dBm為單位的發射器輸出功率的曲線圖。虛線401表示第一可變增益級的最大增益電平。虛線402表示功率跨越閾值電平。在曲線400的點A，第一可變增益級114被箝位在它的預定的最大增益設定。在曲線400的點B，第一可變增益級114被箝位為其最大增益設定。在曲線400的點B表示在第二可變增益級120與第一可變增益級114之間增益控制中的瞬變或跨越。在曲線400的點C，第一可變增益級114在它的預定的最小增益設定。在到虛線402左側的該曲線圖的區域1相應於發射器輸出功率/增益的低端。在這個區域，第二可變增益級120保持在其最小值不變，而第一可變增益級114增益是變化的，以便變化發射器的輸出功率。在到虛線402的右側的曲線圖的區域2相應於發射器輸出功率/增益的高端。在這個區域，第一可變增益級114增益保持不變或被箝位在其最大設定。
圖5表示第二可變增益級120的增益對於輸出功率的曲線。曲線500是以dB為單位的第二可變增益級120增益對以dBm為單位的發射器輸出功率的曲線圖。虛線501表示第二可變增益級的預定的最小增益電平。虛線502表示功率跨越閾值電平。在曲線500的點A，第二可變增益級120被設定在它的最大增益設定。在曲線500的點B，第二可變增益級120被箝位為其預定的最小增益設定。在曲線500的點B表示在第二可變增益級120與第一可變增益級114之間增益控制中的瞬變或跨越。在曲線500的點C，第二可變增益級120在它的最小增益設定。在到虛線502左側的該曲線圖的區域1相應於發射器輸出功率/增益的低端。在這個區域，第二可變增益級120保持不變或箝位在其最小值。在到虛線502的右側的曲線圖的區域2相應於發射器輸出功率/增益個高端。在這個區域，第二可變增益級120是變化的，以便變化發射器的輸出功率。
現在參見圖2，圖2表示在圖1中所示的增益控制器130的方框圖。增益控制器130分別經過增益控制信號131和第二增益控制信號133耦合到第一可變增益級114和第二可變增益級120。增益控制器130被耦合以便接收該發送輸出功率電平控制信號150和增益跨越閾值信號151。
增益控制器130一般包括第一箝位200、第一控制信號處理器214、第一數-模變換器(DAC)212、第二箝位220、第二控制信號處理器234和第二數-模變換器(DAC)232。第一控制信號處理器214一般包括第一多路復用器或定標器202、第一加法器或移位電路204和第一預失真電路210。第一預失真電路210一般包括第一增益控制線性化電路206和第三加法器208。第二控制信號處理器234一般包括第二多路復用器或定標器222、第二加法器或移位電路224和第二預失真電路230。第二預失真電路230一般包括第二增益控制線性化電路226和第三加法器228。
在增益控制器130中，DAC 212和DAC 232最好以硬體實現。而且，在增益控制器130中，箝位200、箝位220、第一控制信號處理器214和第二控制信號處理器234最好以軟體實現。但是，如本領域技術人員少所熟知的，可使用增益控制器130的單元中的任何硬體和軟體分配。
希望的輸出功率電平從無線電電話機控制器105經過Tx輸出功率控制信號150提供給增益控制器130。跨越閾值信號151也從無線電電話機控制器105提供給增益控制器130。跨越閾值信號151是輸出功率電平或發射器增益電平的指示，在該電平發射器輸出功率/增益的控制在第一可變增益級114和第二可變增益級120之間跨越。跨越閾值信號151是頻率信道的函數和在無線電電話機100製造期間作為一個表存儲在無線電電話機控制器105中。輸出功率控制信號150和跨越閾值信號151被加到第一箝位200和第二箝位220電路的輸入。
一般地，第一箝位200和第二箝位220包括一個跨越電路，響應輸出功率電平控制信號150和跨越閾值信號151，通過控制第一增益控制信號131和第二增益控制信號133，該跨越電路在輸出功率電平的預定範圍的低範圍和高範圍之間提供發射信號的連續輸出功率電平控制。
更具體地講，第一箝位200響應輸出功率控制信號150和跨越閾值信號151產生第一箝位輸出信號201。第二箝位220響應輸出功率控制信號150和跨越閾值信號151產生第二箝位輸出信號221。當輸出功率控制信號150大於跨越閾值信號151時，第一箝位輸出信號203等於跨越閾值信號151而第二箝位輸出信號223等於輸出功率控制信號150。當輸出功率控制信號150小於跨越閾值信號151時，第一箝位輸出信號203等於輸出功率控制信號150而第二箝位輸出信號223等於跨越閾值信號151。
第一箝位輸出信號203由第一控制信號處理器214處理，產生第一控制信號處理器輸出信號209。第一控制信號處理器輸出信號209由DAC 212從數位訊號變換為模擬信號，產生增益控制信號131。在優選的實施例中，標定器202和移位器204構成第一線性變換器，被耦合從該第一箝位接收第一箝位輸出信號201，用於變換第一箝位輸出信號201為代表第一增益控制信號131的第一線性變換器輸出信號205。第一控制信號處理器214的功能是把第一可變增益級114的增益轉移函數變換為更好的增益轉移函數。第一可變增益級114的增益轉移函數被定義為作為第一控制信號131的函數的第一可變增益級114的增益。第一可變增益級114的更好的增益轉移函數被定義為作為輸出功率控制信號150的函數的第一可變增益級114的增益。最好是，更好的增益轉移函數的形式是G(P)＝P+a1，式中G(P)是以dB為單位的第一可變增益級114的增益，P是以dBm為單位的輸出功率控制信號150的值，而a1是一個常數。常數a1也稱為偏移。希望的轉移函數的斜率是1，使得輸出功率控制信號150變化1dB導致第一可變增益級114增益變化1dB。希望的增益轉移函數的斜率也稱為靈敏度，代表對於輸出功率控制信號變化的增益變化。
同樣地，第二箝位輸出信號223由第二控制信號處理器234處理，產生第二控制信號處理器輸出信號229。第二控制信號處理器輸出信號229由DAC 232從數位訊號變換為模擬信號，產生第二增益控制信號133。在優選的實施例中，定標器222和移位器224構成第二線性變換器，被耦合從第二箝位220接收第二箝位輸出信號221，用於變換第二箝位輸出信號221為代表第二增益控制信號133的第二線性變換器輸出信號225。第二控制信號處理器234的功能是把第二可變增益級120的增益轉移函數變換為更好的增益轉移函數。第一可變增益級114的增益轉移函數被定義為作為第二控制信號131的函數的第一可變增益級114的增益。第一可變增益級114的更好的增益轉移函數被定義為作為輸出功率控制信號150的函數的第一可變增益級114的增益。最好是，更好的增益轉移函數的形式為G(P)＝P+a2，式中G(P)是以dB為單位的第二可變增益級120的增益，P是以dBm為單位的輸出功率控制信號150的值，而a2是常數。常數a2也稱為偏移。更好的增益轉移函數的斜率或靈敏度是1，使得輸出功率控制信號150變化1dB導致第二可變增益級120增益變化1dB。
最好使用第一控制信號處理器214和第二控制信號處理器234電路，因為第一可變增益級114和第二可變增益級120的增益轉移函數不是完全由更好的增益轉移函數代表或完全由在整個工作範圍內的線性方程式代表。在優選的實施例中，第一可變增益級114和第二可變增益級120具有的增益轉移函數在它們的相應的增益控制範圍大部分是線性的並隨控制信號單調地增加。一般地這些增益轉移函數的形式為G(V)＝mV+b+d(V)，式中V是增益控制信號電壓，G(V)是以db為單位的增益，m和b是常數，而d(V)代表與方程式mV+b的線性部分的任何偏離。常數m代表斜率或靈敏度和b代表偏移。第一控制信號處理器214和第二控制信號處理器234電路在製造期間已調節好，控制信號處理器級與相應的可變增益級轉移函數G(V)的級聯產生更好的增益轉移函數G(P)。換句話說，對於第一控制信號處理器214為G(V(P))＝P+a1或對於第二控制信號處理器234為G(V(P))＝P+a2。第一控制信號處理器214的操作在下面進一步敘述。第二控制信號處理器234的操作與第一控制信號處理器214的操作相同，在術語上作適當的改變，為簡潔而省略。
在第一控制信號處理器214中，第一箝位輸出信號203由具有增益k1的第一多路復用器202多路復用，產生第一多路復用器輸出信號203。在第一加法器204中第一多路復用器輸出信號203與常數c1相加產生第一加法器輸出信號205。把第一加法器輸出信號205提供給第一預失真電路210，產生第一控制信號處理器輸出信號209。首先敘述在第一可變增益級114具有線性增益轉移函數G(V)＝m1·V+b1，即d(V)＝0的情況的的第一控制信號處理器214的轉移函數。而且，更好的增益轉移函數G(V(P))是G(V(P))＝P+a1形式的。要求的第一控制信號處理器214轉移函數則是V(P)＝k1·P+c1的形式，式中k1＝1/m1，和c1＝(a1-b1)/m1。k1和c1是在無線電電話機的製造期間確定的。在這個方程式V(P)＝k1·P+c1中，k1代表斜率或靈敏度，而c1代表偏移。
第一可變增益級114的增益轉移函數隨著控制信號電壓單調地增加。因此，按下文所述可實現第一預失真電路210。把第一加法器輸出信號205(V1)提供給第一增益控制線性化電路206和第三加法器208。第一增益控制線性化電路206產生響應於第一加法器輸出信號205的多個校正值之一e(V1)。該校正值利用第三加法器208與第一加法器輸出信號205相加，產生第一控制信號處理器輸出信號209。校正值e(V1)最好根據第一可變增益級114增益轉移函數的已知特性預定並且存儲在第一增益控制線性化電路206中。校正值e(V1)具有m1·e(V1)＝-d(V1+e(V1))的特性。校正值e(V1)的表由V1進行索引。在另一個實施例中，第一增益控制線性化電路206的函數e(V1)以逐段線性校正方程式實現。另一個方案，在該無線電電話機的製造期間確定和存儲該校正值或逐段線性校正方程式。
現在敘述第一可變增益級114具有非線性增益轉移函數G(V)＝m1·V+b1+d(V)的情況的第一控制信號處理器214的操作。首先，考慮第一預失真電路210的級聯的轉移函數和第一可變增益級114增益轉移函數，後者為G(V1)＝m1·(V1+e(V1))+b1+d(V1+e(V1))。因為e(V1)是這樣的m1·e(V1)＝-d(V1+e(V1))，所以G(V1)＝m1·V1+b1。這時非線性情況變成上述的線性情況，G(V)＝m1·V+b1，式中V以V1代替。因此，從第一多路復用器202輸入到第一加法器204輸出的要求的轉移函數是相同的，而且常數k1和c1是相同的(k1＝1/m1，和c1＝(a1-b1)/m1)。
總之，射頻(RF)發射機(102)的增益控制器(130)控制在預定的輸出功率電平的範圍內發射的信號(123)的功率電平。響應輸出功率控制信號(150)，增益控制器(130)提供第一增益控制信號(131)和第二增益控制信號(133)。第一增益控制信號(131)控制第一可變增益級(144)的增益，以便變化中頻的發射信號(115)的功率電平，使得發射信號(123)的輸出功率電平在該預定的輸出功率電平的範圍的較低範圍內變化。第二增益控制信號(133)控制第二可變增益級(120)的增益以便變化射頻的發射信號(121)的功率電平，使得發射信號(123)的輸出功率電平在輸出功率電平的預定範圍的較高範圍內變化，功率控制器(130)有利地使用在碼分多址(CDMA)無線電電話機(100)中，提供在85dB功率電平範圍內的功率控制，同時減小RF發射機(102)的邊帶噪聲輻射、電耗和複雜性。
權利要求
1.一種以預定的輸出功率電平範圍內的一功率電平發射一發射信號的發射機，其特徵在於，該發射機包括一個信號發生器，用於產生中頻的發射信號；第一可變增益級，連接到該信號發生器，響應於第一增益控制信號來控制中頻的發射信號的功率電平；一個信號上變頻器，連接到第一可變增益級，用於將該發射信號的頻率從中頻變換為射頻；第二可變增益級，連接到該信號上變換器，響應於第二增益控制信號來控制該射頻的發射信號的功率電平；以及一個增益控制器，連接到第一可變增益級和第二可變增益級，響應於輸出功率電平控制信號提供第一增益控制信號和第二增益控制信號，其中第一增益控制信號控制第一可變增益級的增益以便變化中頻的發射信號的功率電平，使得該發射信號的輸出功率電平在預定的輸出功率電平範圍的較低範圍內變化，和其中第二增益控制信號控制第二可變增益級的增益以便變化射頻的發射信號的功率電平，使得該發射信號的輸出功率電平在預定的輸出功率電平範圍的較高範圍內變化。
2.根據權利要求1的發射機，其特徵在於，該信號發生器還包括一個發射中頻本機振蕩器，用於提供發射中頻本機振蕩信號；以及一個調製器，用於調製帶信息信號的該發射中頻本機振蕩信號，產生中頻的發射信號。
3.根據權利要求1的發射機，其特徵在於，該信號上變換器還包括一個發射射頻本機振蕩器，用於提供發射射頻本機振蕩信號；以及一個混頻器，響應該發射射頻本機振蕩信號，上變換中頻的發射信號為射頻的發射信號。
4.根據權利要求1的發射機，其中該增益控制器還包括一個跨越電路，響應輸出功率電平控制信號和跨越閾值信號，通過控制第一增益控制信號和第二增益控制信號，提供在輸出功率電平的預定範圍的較低範圍和較高範圍之間的發射信號的連續輸出功率電平控制。
5.根據權利要求4的發射機，其特徵在於，該跨越電路還包括第一箝位，被連接用於接收輸出功率電平控制信號和跨越閾值信號，用以產生代表第一增益控制信號的第一箝位輸出信號，其中當輸出功率控制信號的電平大於跨越閾值信號的電平時，第一箝位輸出信號的電平被箝位在跨越閾值信號的電平，而其中當輸出功率控制信號的電平小於跨越閾值信號的電平時，第一箝位輸出信號的電平等於輸出功率電平的電平；以及第二箝位，被連接用於接收輸出功率電平控制信號和跨越閾值信號，用以產生代表第二增益控制信號的第二箝位輸出信號，其中當輸出功率控制信號的電平小於跨越閾值信號的電平時，第二箝位輸出信號的電平被箝位在跨越閾值信號的電平，而其中當輸出功率控制信號的電平大於跨越閾值信號的電平時，第二箝位輸出信號的電平等於輸出功率電平控制信號的電平。
6.根據權利要求5的發射機，其特徵在於，該增益控制器還包括第一線性變換器，被連接用於從第一箝位接收第一箝位輸出信號，用以將第一箝位輸出信號變換為代表第一增益控制信號的第一線性變換器輸出信號；以及第二線性變換器，被連接用於從第二箝位接收第二箝位輸出信號，用以將第二箝位輸出信號變換為代表第二增益控制信號的第二線性變換器輸出信號。
7.根據權利要求5的發射機，其特徵在於，所說的第一線性變換器還包括第一標定器，被連接用於從第一箝位接收第一箝位輸出信號，利用第一預定係數來標定第一箝位輸出信號，使得第一可變增益級的增益對該輸出功率控制信號的靈敏度等於1；第一移位電路，連接到第一標定器，用於以第二預定係數來移位第一箝位輸出信號，產生第一箝位輸出信號與該線性變換器輸出信號之間的第一偏移；和所說的第二線性變換器還包括第二標定器，連接到第二箝位，用於以第三預定係數來移位第二箝位輸出信號，使得第二可變增益級的增益對該輸出功率控制信號的靈敏度等於1；以及第二移位電路，連接到第二標定器，用於以第四預定係數來移位第二箝位輸出信號，產生第二箝位輸出信號與該線性變換器輸出信號之間的第二偏移。
8.根據權利要求6的發射機，其特徵在於，該增益控制器還包括第一預失真電路，連接到第一線性變換器，使響應於該第一線性變換器輸出信號的第一增益控制信號預失真，以補償代表作為第一可變增益級的第一增益控制信號的函數的增益的第一轉移函數的非線性；以及第二預失真電路，連接到第二線性變換器，使響應於該第二線性變換器輸出信號的第二增益控制信號預失真，以補償代表作為第二可變增益級的第二增益控制信號的函數的增益的第二轉移函數的非線性。
9.一種將發射信號的輸出功率電平控制在預定的輸出功率電平範圍內的方法，其特徵在於，該方法包括步驟變化中頻的發射信號的功率電平，產生在預定的輸出功率電平範圍的較低範圍內的發射信號的輸出功率電平；以及變化射頻的發射信號的功率電平，產生在預定的輸出功率電平範圍的較高範圍內的發射信號的輸出功率電平。
10.根據權利要求9的方法，其特徵在於，還包括步驟確定該發射信號的輸出功率電平；以及比較該輸出功率電平與輸出功率跨越閾值電平；其中變化中頻的發射信號的功率電平的步驟是在該輸出功率電平小於輸出功率跨越閾值電平時進行的，以產生該發射信號的輸出功率電平，和其中變化射頻的發射信號的功率電平的步驟是在該輸出功率電平大於或等於輸出功率跨越閾值電平時進行的，以產生該發射信號的輸出功率電平。
全文摘要
射頻發射機的增益控制器控制發射信號的功率電平。增益控制器響應輸出功率電平控制信號提供第一增益控制信號和第二增益控制信號,分別控制第一和第二可變增益級的增益,並分別變化中頻的發射信號的功率電平,使得發射信號輸出功率電平在預定的較低範圍內變化及變化射頻的發射信號的功率電平,使得發射信號輸出功率電平在預定的較高範圍內變化。功率控制電路有利地使用在碼分多址(CDMA)無線電電話機中,提供在85dB的功率電平範圍內的功率控制。
文檔編號H03G3/30GK1179038SQ9711624
公開日1998年4月15日 申請日期1997年8月22日 優先權日1996年9月13日
發明者蘭德爾W·裡奇 申請人:摩託羅拉公司