专利名称：具有自动切换功能的功率放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种功率放大技术，尤其是涉及一种具有自动切换功能的功率放大器，能够根据包络信号的幅值可变地控制该功率放大器的电路输出功率，从而所述电路可以在需要相对较大功率时完全运行，在需要相对较小功率时部分关闭，使得该电路能够平稳并自动地执行切换工作从而提高其效率和工作范围。
背景技术：
用在无线移动通信装置中的功率放大器已经采用了一种控制其电路的方法，从而该电路能够部分运转以提高功率放大器在输出功率的整个工作范围内的效率。具体来讲，该方法提高了功率放大器在输出功率的整个工作范围内的效率是由于在需要相对较大输出功率时打开所有电路并且在需要相对较小输出功率时关闭部分电路。
在“Hyun-Min PARK等人‘为了提高在低功率区的效率在芯片上附加功率放大器的实证(Demonstration of on-chip appended power amplifier forimproved efficiency at low power region)’IEEE MTT-S国际微波座谈会”的报告中已经公开了这样的一种方法。
图1是显示现有技术中在无线移动通信系统中使用的具有极性结构(polar structure)的功率放大器的电路框图。
如图所示，射频输入信号是振幅恒定而相位包含信息的信号。
通常，包络信号是其包络具有电压形式的信息的信号，而该包络信号的频率低于射频信号的频率。
当这样的包络信号输入到所述功率放大器的时候，可以切换该功率放大器。
大多数功率放大器作如下配置，即每个功率放大器包括多个放大群以确保在整个功率放大器范围内满足工作并提高功率放大器的效率。更特别地，当需要相对较大的功率放大器输出功率时，开启所述功率放大器中的所有放大群，而当需要相对较小的功率放大器输出功率时，关闭部分所述放大群。
因此，当需要较小的输出功率时，使用上述功率放大器的系统能够提高其效率。
特别地，由于在偶尔需要时关闭了部分放大群，因此在无线移动通信系统中使用的具有极性结构的功率放大器可以提高其工作范围。
图2是显示现有技术中具有三个放大群的功率放大器的电路框图。
如图所示，当所构造的功率放大器包括多个放大群的时候，所述的多个放大群必须根据包络信号幅值的变化或输出功率的变化而部分关闭。为了判断所述的多个放大群是开启还是关闭，从外部向所述放大群额外施加控制信号201、202和203。
然而，使用上述控制方法的现有技术功率放大器的缺点是，必须从外部获得用于部分开启/关闭所述放大群的附加控制信号。而且，现有技术的功率放大器的缺点还在于使生成所述控制信号的外围控制电路复杂化。
也就是说，现有技术的功率放大器的缺点是，它需要来自于外部的外围控制信号，所述控制信号被施加到功率放大器以在输出功率的幅值下降到预定水平时部分关闭所述功率放大器中的一部分电路。
另一方面，现有技术的功率放大器的缺点还在于，当所述功率放大器中的一部分电路通过所述外围控制信号瞬间关闭或开启的时候，该电路的特性突然发生改变，可使得使用该功率放大器的系统发生故障。
发明内容
因此，本发明着眼于上述问题。本发明的目的是提供一种具有自动切换功能的功率放大器，由于所述功率放大器能够根据包络信号的幅值而在需要相对较大的功率时所有电路都工作，在需要相对较小的功率时部分电路关闭，因此可以可变地控制功率放大器中电路的输出功率，从而所述电路能够平稳和自动地执行切换工作以提高其效率和工作范围。
根据本发明的一个方面，可以通过提供具有自动切换功能的功率放大器解决上述和其它问题，所述功率放大器包括多个功率放大群，包络信号输入到该多个功率放大群；多个切换电路，用于在各个参考电压的基础上，根据输入的包络信号的幅值单独地开启/关闭所述的多个功率放大群，其中，所述的多个切换电路安装在多个功率放大群的各个前端或分别安装在多个功率放大群上。
优选情况下，所述的各个参考电压互不相同。
优选情况下，所述功率放大器是具有极性结构的非线性功率放大器或线性功率放大器。
优选情况下，所述功率放大器可以进一步包括功率检测器以在所述功率放大器为线性功率放大器时检测由该功率放大器输出的包络信号的幅值。
优选情况下，所述切换电路是PMOS晶体管，其漏极连接到所述功率放大器的切换输入导线，栅极输入参考电压，源极输入包络信号。
优选情况下，每个切换电路是PMOS晶体管，其漏极连接到所述功率放大器的切换输入导线，栅极输入包络信号，源极输入参考电压。
优选情况下，所述包络信号包括电压形式的信息。
操作根据本发明的功率放大器，使得在多个驱动放大群被设定为具有互不相同的参考电压情况下，当根据应用到驱动放大群的包络信号而切换该驱动放大群，并且所述驱动放大群的尾端相应地开启/关闭时，所述功率放大器中的一部分电路开启/关闭以提高其效率和工作范围，并且由于所述驱动放大群通过阻抗的改变而平稳地切换，从而能够避免所述功率放大器的突然操作。
本发明的上述和其它目标、特征以及其它优点将通过下面的结合附图的详细描述而更清晰的理解，其中图1是显示无线移动通信系统中使用的现有技术的具有极性结构的功率放大器的电路框图；图2是显示现有技术中包括三个放大群的功率放大器的电路框图；图3是根据本发明的显示具有自动切换功能的功率放大器的电路框图；图4是连接有图3中切换电路的功率放大群的详细电路框图；图5是显示根据包络信号的幅值而应用到到功率放大群上的电压的图；图6是适用于级联放大群的自动切换电路的电路框图；图7是适用于非级联结构放大群的自动切换电路的电路框图；图8是根据本发明另一实施方式的具有自动切换功能的功率放大器的电路框图；图9是根据本发明的具有自动切换功能的功率放大器的计算机仿真图；以及图10是应用了本发明的自动切换电路的线性功率放大器的电路框图。
具体实施例方式
虽然本发明是根据优选实施方式说明和描述的，但本领域技术人员应当理解，可以对本发明做出改进和修改而不脱离本发明的范围和实质。因此，本发明的范围也不局限于本发明的实施方式。
图3是根据本发明的显示具有自动切换功能的功率放大器的电路框图。
如图所示，驱动放大群分别适用于切换电路。也就是说，所述切换电路位于包络信号输入端和驱动放大群之间，其中每个切换电路为PMOS晶体管。
例如，当所述包络信号在3.3V至0V之间变化时，参考电压Vg1、Vg2和Vg3分别可以输入2V、1V和0V到所述放大群。当作为切换开关的PMOS晶体管具有0.7V的阈值时，驱动放大群301会在输入的包络信号的幅值小于2.7V时关闭。而且，当所述包络信号的幅值小于1.7V的时候，驱动放大群302关闭。因此，功率放大器中的电路可以自动关闭或开启而无须应用外部信号。
图4是连接有图3中切换电路的功率放大群的详细电路框图。也就是说，图4是图3中方框400的细节电路图，该方框400是指连接有切换电路的功率放大群。
如图所示，所述驱动放大群的输出导线为D类。PMOS晶体管位于所述D类输出导线和包络信号端之间以执行自动切换操作。
当所述包络信号改变的时候，图5显示了节点401的电压如何改变。也就是说，如图5所示，当所述包络信号的幅值小于Vg1+Vth(Vth是PMOS晶体管的阈值电压)时，图4中的电路以类似于图5中曲线502所示的特征而完全关闭。
当所述电路没有采用所述的用于自动切换元件的PMOS晶体管时，节点401的电压作类似于如图5中曲线501的变化。因此，所述电路在包络信号的所需振幅处不关闭或者开启。
当所述自动切换电路配置为图4所示时，所述电路具有曲线502的特征。然而，当PMOS晶体管的栅极和源极之间的电压差降低时，由于该PMOS晶体管的阻抗部分提高，因此所述电路具有类似于图5中曲线503的特征。因此，连接到该PMOS晶体管的驱动放大群突然关闭而不是平稳地关闭。
图6是适用于级联放大群的自动切换电路的电路框图。
如图6所示，功率放大群602的NMOS晶体管603的栅极连接到自动切换电路601。也就是说，图6中配置为共发共基(Cascode)结构的功率放大群作如下构造，即共发共基功率放大群602的NMOS晶体管603连接到所述PMOS晶体管和所述自动切换电路601中的电阻。因此，根据所述PMOS晶体管栅极的电压而控制所述电路的关闭电平。也就是说，当所述自动切换电路601的PMOS晶体管由于所述包络信号的幅值小于预设值而自动关闭时，所述功率放大群602中共发共基NMOS晶体管603的栅极接地。因此，所述共发共基晶体管关闭并且所述功率放大群602部分关闭。
利用上述原理，如图2所示，可以配置多个功率放大群以形成自动切换电路。也就是说，操作所述自动切换电路以使得所述的多个功率放大群根据包络信号的变化部分关闭/开启。
图7是适用于非级联结构放大群的自动切换电路的电路框图。
如图7所示，变化的包络信号施加到PMOS晶体管703的栅极。当所述包络信号下降到低于根据Vctr1值的预设电压时，所述PMOS晶体管703开启，从而开启NMOS晶体管704。在此状态下，当所述功率放大群705中栅极电压下降到低于所述阈值电压时，该功率放大群705关闭。
当根据此原理配置图2所示的电路时，该电路中的放大群可以根据包络信号的幅值变化而自动开启/关闭，这就是指自动切换电路。
也就是说，利用此原理，可以如图2配置多个功率放大群以形成自动切换电路。也就是说，操作所述自动切换电路使得多个功率放大群根据包络信号的变化而部分关闭/开启。
如此，可以利用这样的自动切换电路来设计功率放大器。此后，可以通过设计结果来检查所述自动切换电路的工作。
图8是采用图4所示的自动切换技术的功率放大器的电路框图，其中，一部分驱动放大群和一部分功率放大群在包络信号下降到预设值的时候一起关闭。
如图所示，当参考电压Vg2和Vg1分别为0V和2V的时候，可以在包络信号变化的同时仿真所述电路的输出功率和效率。具体来说，当包络信号的幅值从0.9V变化到3.3V并且该包络信号的幅值下降到低于预设值的时候，功率放大群804的NMOS晶体管805以及与该NMOS晶体管805连接的驱动放大群803关闭。因此仅仅是与NMOS晶体管806连接的驱动放大群开启。当需要相对较低的输出功率时可以执行这样的情况。因此，由于一部分电路关闭，该电路的功耗降低，而效率提高。
图9是根据本发明的具有自动切换功能的功率放大器的计算机仿真图。
如图所示，曲线901表示没有使用自动切换电路的情况，曲线902表示使用自动切换电路的情况。也就是说，当包络信号的幅值通过自动切换电路降低的时候，一部分输出相对较多功率的功率放大器关闭，而一部分输出较少功率的功率放大器开启，从而提高该电路的效率。如此，由于在输出较小功率时一部分功率放大器关闭，因此与没有使用自动切换电路的电路相比，该电路使其工作范围变宽。
上述实施例介绍了如何通过无线移动通信系统中使用的非线性功率放大器执行自动切换操作。具有极性结构的功率放大器分别输入包络信号和相位信号。
然而，由于通常的线性功率放大器输入相位信号和包络信号混合的射频信号，因此，为了使用线性功率放大器中的自动切换电路，必须检测从所述功率放大器输出的包络信号的幅值。
因此，如图10所示，包络信息以电压形式通过功率放大器转化为包络信号。当检测的包络信号输入到自动切换电路中时，类似于上述的非线性功率放大器，一部分功率放大器可以关闭。
如上所述，由于在需要相对较大功率时所有电路工作，而需要相对较小功率时所述电路部分关闭，因此根据本发明的具有自动切换功能的所述功率放大器能够根据包络信号的幅值可变地控制电路的输出功率，从而，所述电路能够平稳并自动地切换而不影响所述电路的工作，并且由于部分电路能够根据输出功率的幅值而关闭/开启从而提高所述电路的效率和工作范围。
尽管出于说明的目的，公开了根据本发明的优选实施例，但本领域的技术人员可以理解，可以对其作出各种修改、添加和替换而不背离所附权利要求书所公开的本发明的范围和实质。
权利要求
1.一种具有自动切换功能的功率放大器，所述功率放大器包括多个功率放大群，包络信号输入到该多个功率放大群；以及多个切换电路，用于在各个参考电压的基础上，根据输入的包络信号的幅值单独地开启/关闭所述的多个功率放大群，其中，所述的多个切换电路安装在多个功率放大群的各个前端或分别安装在多个功率放大群上。
2.根据权利要求1所述的功率放大器，其中，所述各个参考电压互不相同。
3.根据权利要求1所述的功率放大器，其中，所述功率放大器是具有极性结构的非线性功率放大器或线性功率放大器。
4.根据权利要求3所述的功率放大器，其中，所述功率放大器进一步包括功率检测器，以在所述功率放大器为线性功率放大器时检测由该功率放大器输出的包络信号的幅值。
5.根据权利要求1所述的功率放大器，其中，所述切换电路是PMOS晶体管，其漏极连接到所述功率放大器的切换输入导线，栅极输入参考电压，源极输入包络信号。
6.根据权利要求1所述的功率放大器，其中，所述切换电路是PMOS晶体管，其漏极连接到所述功率放大器的切换输入导线，栅极输入包络信号，源极输入参考电压。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的功率放大器，其中，所述包络信号包括电压形式的信息。
全文摘要
公开了一种具有自动切换功能的功率放大器。由于在需要相对较大功率时所有电路工作，而需要相对较小功率时所述电路部分关闭，因此所述功率放大器能够根据包络信号的幅值可变地控制电路的输出功率，从而，所述电路能够平稳并自动地切换而不影响所述电路的工作，并且由于部分电路能够根据输出功率的幅值而关闭/开启从而提高所述电路的效率和工作范围。
文档编号H03F3/72GK1855705SQ20061007626
公开日2006年11月1日 申请日期2006年4月21日 优先权日2005年4月27日
发明者朴昌根, 洪圣喆 申请人:韩国科学技术院