放大器系统以及控制主放大器的方法和电路与流程

本发明涉及放大器领域，更具体地，涉及能够控制功率放大器使得输出功率更加稳定的放大器系统以及控制主放大器的方法和电路。

背景技术：

在射频(radiofrequency，rf)发射器中，功率放大器的输出功率与功率放大器的输出阻抗(包括负载阻抗)相关。因为负载阻抗可能会由于电压驻波比(voltagestandingwaveratio，vswr)改变而不同，而天线至外来物的距离不同会导致电压驻波比的改变，功率放大器的输出功率因而会相应地变化。输出功率变化可能会降低服务质量和/或增加功率放大器的峰值电流/电压。因此，如何设计控制器来控制功率放大器使得输出功率稳定是重要的课题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种放大器系统以及控制主放大器的方法和电路以解决上述问题。

根据至少一个实施方式，提供了一种放大器系统。该放大器系统包括：主放大器和控制器，主放大器包括以共源共栅结构连接的第一晶体管和第二晶体管，其中该主放大器利用该第一晶体管接收输入信号并利用该第二晶体管输出输出信号；控制器耦接至该主放大器，用于根据该输出信号和该主放大器的电流生成控制信号至该第二晶体管，以控制该主放大器的增益。

根据至少一个实施方式，提供了一种控制主放大器的方法，该主放大器包括以共源共栅结构连接的第一晶体管和第二晶体管，该主放大器利用该第一晶体管接收输入信号并利用该第二晶体管输出输出信号，该方法包括根据该输出信号和该主放大器的电流生成控制信号至该第二晶体管，以控制该主放大器的增益。

根据至少一个实施方式，提供了一种控制主放大器的电路，其中该主放大器包括以共源共栅结构连接的第一晶体管和第二晶体管，该主放大器利用该第一晶体管接收输入信号并利用该第二晶体管输出输出信号，该电路包括控制器，用于根据该输出信号和该主放大器的电流生成控制信号至该第二晶体管，以控制该主放大器的增益。

通过本发明能够减少放大器在不同vswr的情况下输出功率的变化，使得输出信号相对于vswr变化足够稳健。

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是根据本发明的一个实施方式例示放大器系统的示意图。

图2是根据本发明的一个实施方式例示放大器系统的详细结构的示意图。

图3是根据本发明的一个实施方式用于控制主放大器的方法的流程图。

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。

请参考图1，图1是根据本发明的一个实施方式例示放大器系统100的示意图。如图1所示，放大器系统100包括主放大器(功率放大器)110、控制器120、电压钳位(voltageclamp)电路130、电流钳位电路140和阻抗检测器150。主放大器110被配置为放大rf输入信号vin以生成rf输出信号vout，控制器120被配置为接收功率指示信号vramp以生成控制信号vgc来控制主放大器110的增益，电压钳位电路130被配置为根据输出信号vout的幅度调整控制器120输出的控制信号vgc，电流钳位电路140被配置为根据主放大器110的电流调整控制器120输出的控制信号vgc。阻抗检测器150被配置为检测主放大器110的输出阻抗并生成检测结果vc_z，控制器120参考检测结果vc_z生成控制信号vgc。在这个实施方式，放大器系统100可应用于发射器，通过利用耦接至主放大器110的天线广播输出信号vout。

请参考图2，图2是根据本发明的一个实施方式例示放大器系统100的详细结构的示意图。在图2中，主放大器110由两个以共源共栅结构连接的nmosm1和m2实现，主放大器110由电源电压vbat通过电感l1进行供电，主放大器110对在nmosm1的栅极接收的输入信号vin放大，在nmosm2的漏极生成输出信号vout。控制器120包括调整电路(在这个实施方式中，调整电路是加法器124)、第一运算放大器122、可变负载rl、两个nmosm5和m6和两个pmosm7和m8。电压钳位电路130包括峰值检测器136、第二运算放大器132和控制晶体管134。电流钳位电路140包括两个nmosm3和m4、电阻器r1、第三运算放大器142和控制晶体管144。

在放大器系统100的操作中，根据阻抗检测器150输出的检测结果vc_z调整功率指示信号vramp，第一运算放大器122比较调整后的功率指示信号vramp’与反馈信号vfb，生成控制信号vgc以控制主放大器110的增益，其中根据pmosm8的电流和可变负载rl的电阻值生成反馈信号vfb。此外，第一运算放大器122输出的控制信号vgc根据电压钳位电路的130和电流钳位电路140的输出来进行调整/限制。详细地，对于电压钳位电路130，峰值检测器136检测输出信号vout的幅度，并生成电压vps以表示检测的幅度，第二运算放大器132比较电压vps与参考电压vrv，以生成补偿信号vc_ov，控制晶体管134接收补偿信号vc_ov，以调整控制信号vgc。对于电流钳位电路140，nmosm3和m4以及电阻器r1作为电流传感器感测主放大器110的电流，以生成电压vis来表示感测到的电流，第三运算放大器142比较电压vis与参考电压vri，以产生补偿信号vc_oc，控制晶体管144接收补偿信号vc_oc以调整控制信号vgc。此外，阻抗检测器150可以借助于从电压钳位电路130和电流钳位电路140分别接收电压vps和vis，通过将vps除以vis生成阻抗vc_z(即，vc_z＝vps/vis)。

电压钳位电路130用于将输出信号vout限制在定义的输出电压范围内。例如，如果输出信号vout的幅度增加，电压vps和补偿信号vc_ov也将增加，从而控制晶体管134的电流增加以降低控制信号vgc，因而降低主放大器110的增益和输出信号vout。

电流钳位电路140用于将主放大器110的电流限制在定义的电流范围内。例如，如果主放大器110的电流增加，电压vis和补偿信号vc_oc也将增加，从而控制晶体管144的电流增加以降低控制信号vgc，因而降低主放大器110的增益和电流。

提供了阻抗vc_z至调整电路124以补偿vswr的变化，从而减少在不同的vswr的情况下输出功率的变化。例如，如果阻抗vc_z增加，功率指示信号vramp被调整至更低值(即，调整后的功率指示信号vramp’减小了)，从而控制信号vgc减小，以降低主放大器110的输出功率。

通过使用阻抗检测器150检测的阻抗vc_z来调整功率指示信号，在不同vswr下输出功率的变化减小。此外，通过使用电压钳位电路130、电流钳位电路140提供的补偿，输出信号vout的幅度和主放大器110的电流可以被限制在定义的范围内以防止集成电路ic损坏。。

控制器120内的nmosm5和m6、pmosm7和m8以及可变负载rl用于控制主放大器110的输出功率与调整后的功率指示信号vramp’具有db线性的关系。关于pmosm7和m8以及可变负载rl的操作，当调整后的功率指示信号vramp’改变时，流经nmosm5和m6的电流、反馈信号vfb也不断改变，直到反馈信号vfb接近调整后功率指示信号vramp’。详细地，pmosm7和m8用于感测主放大器110的电流，可变负载rl的电阻值基于反馈信号vfb确定，并且由于反馈信号vfb接近调整后的功率指示信号vramp’，因而可以认为可变负载rl的电阻值由调整后的功率指示信号vramp’控制。此外，在图2中所示的回路中，当可变负载rl的电阻值由于调整后的功率指示信号vramp’的变化而改变时，nmosm5和m6以及主放大器110的电流也随着可变负载rl的电阻而改变，也就是说，主放大器110的增益随着调整后的功率指示信号vramp’而改变。在这个实施方式中，可变负载rl旨在使电阻值与调整后的功率指示信号vramp’具有非线性关系，其中非线性关系可以是指数关系或多项式关系，诸如当调整后的功率指示信号vramp’增加时可变负载rl的电阻值非线性衰减。

此外，为了防止电流感测操作影响主放大器110的输出电压vout，电流钳位电路140通过使用虚拟设备(例如nmosm3和m4)感测主放大器110的电流，其中流经虚拟设备的电流可以等于主放大器110的电流，或者流经虚拟设备的电流可以与主放大器110的电流具有预定比率。从虚拟设备感测的电流可以用于表示主放大器110的电流。同样，控制器120内的pmosm7和m8也通过使用虚拟设备(例如nmosm5和m6)感测主放大器110的电流，以避免nmosm7和m8影响主放大器110的输出电压vout。

图3是根据本发明的一个实施方式用于控制主放大器110的方法的流程图。参考图1至图2，流程图描述如下：

步骤300：根据主放大器的的输出阻抗生成控制信号来控制主放大器的增益。

步骤302：检测输出信号的幅度，并生成补偿信号以调整/补偿控制信号。

步骤304：感测主放大器的电流，并生成另一补偿信号以调整/补偿控制信号。

简要地，在本发明的放大器系统中，可以控制共源共栅(cascode)功率放大器生成具有期望的功率/电压/电流的输出信号vout。因此，输出信号vout相对于vswr变化足够稳健。

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。