异相放大器的制作方法

本发明涉及一种异相放大器，并涉及一种用于在异相放大器中缓解带宽扩展的方法。

背景技术：

在各种通信系统(例如，移动电话、用于移动电话和卫星通信的蜂窝式基站)中使用振幅调制(添加或没有添加相位调制)。

经常需要放大振幅，也可能放大经调相rf信号。在正常操作期间，常规的放大器在输入功率和输出功率之间具有一般线性关系。当输入功率增加，效率和输出功率都增加。这意味着在输出处产生压缩的高输入功率对实现高效率来说是必要的。最终，放大器被驱动到饱和状态中，其中输入功率和输出功率之间的关系为非线性的。在饱和状态中，输出功率并不随着输入功率电平的另外增加而增加。

常规上，不希望在饱和状态中操作放大器，因为在非线性区中驱动放大器还会增加信号的失真。这意味着当将具有高输入峰值的rf信号放大到平均功率比时，常规的放大器无法用于高效区，它们必须在它们的线性区中使用，在所述线性区中，效率低得多。

解决此问题的一个选择方案是使用异相放大器，例如chireix放大器。在异相放大器中，经调幅(和经调相)输入信号的振幅部分被转换成具有恒定振幅包络的两个经调相信号。经调相信号包括作为共同部分的原始信号的相位和额外的反相分量，所述反相分量在重组合发生时，重新产生原始信号的振幅内容。调相信号通过一对分支放大器放大，并经组合以提供经放大的经调幅输出信号。由于经调相信号的恒定振幅包络被传递到分支放大器，所以分支放大器可在饱和状态下进行操作，并产生最大效率。

技术实现要素：

根据本发明的第一方面，提供异相放大器，其具有：被布置成接收和处理第一分支信号的第一分支，所述第一分支信号在恒定振幅包络的情况下进行相位调制；以及被布置成接收和处理第二分支信号的第二分支，所述第二分支信号在恒定振幅包络的情况下进行相位调制，并且第二分支信号的至少一部分与第一分支信号反相，其中每一分支包括：电路，其被布置成处理信号以减少在远离中心频率的信号的边带中的能量，同时保留信号中的相位信息；以及放大器，其被布置成放大经滤波和重断言的分支信号。

被布置成处理信号的电路可包括：频率滤波器，其被布置成对分支信号进行滤波以降低分支信号的带宽；以及重建器，其被布置成修改经滤波分支信号的至少一部分，以便重断言来自未滤波的分支信号的相位信息。

重建器可被布置成基于从未滤波的分支信号获得的信息，修改经滤波分支信号的至少一部分的相位。

分支信号可包括以同相正交分量编码的信息，并且其中滤波器被布置成对同相正交分量单独地进行滤波。

重建器可包括：第一转换器，其被布置成将经滤波的同相正交分量转换成第一量值和相位信息；第二转换器，其被布置成将未滤波的同相正交分量转换成第二量值和相位信息；以及第三转换器，其被布置成将第一量值和相位信息的量值与第二量值和相位信息的角度转换成输出同相正交信息，所述经滤波和重断言的分支信号包括所述输出同相正交分量。

电路可被布置成多次对分支信号进行滤波并重断言。

分支信号可包括第一频率范围，其围绕中心频率扩展；并且经处理的信号包括第一频率范围，其中相比于未滤波的分支信号，减少了在远离中心频率的经滤波和重断言的分支信号中的能量。

异相放大器可包括：信号分离器，其被布置成接收经调幅rf输入信号，并被布置成从输入信号中产生第一分支信号和第二分支信号，以使得经处理的第一分支信号和经处理的第二分支信号的组合提供输入信号的放大形式。

输入信号可包括以同相正交分量编码的信息，异相放大器包括：第一数模转换器，其用于产生输入信号的同相分量；以及第二数模转换器，其用于产生正交分量，其中边带中的能量的减少降低了第一数模转换器和第二数模转换器所需的操作性带宽。

根据本发明的第二方面，提供用于缓解异相放大器中的带宽扩展的方法，异相放大器包括被布置成接收和处理第一分支信号的第一分支，所述第一分支信号在恒定振幅包络的情况下进行相位调制，以及被布置成接收和处理第二分支信号的第二分支，所述第二分支信号在恒定振幅包络的情况下进行相位调制，并且第二分支信号的至少一部分与第一分支信号反相，所述方法包括，在每一分支中：处理分支信号以减少在远离中心频率的信号的边带中的能量，同时保留信号中的相位信息；以及放大经处理的信号。

处理分支信号可包括：对分支信号进行滤波以降低分支信号的带宽；以及修改经滤波的分支信号的至少一部分，以便重断言来自未滤波的分支信号的相位信息。

修改经滤波的分支信号的至少一部分可包括：基于从未滤波的分支信号获得的信息，修改经滤波的分支信号的至少一部分的相位。

分支信号可包括以同相正交分量编码的信息，并且其中滤波器对同相正交分量单独地进行滤波。

方法可包括：将经滤波的同相正交分量转换成第一量值和相位信息；将未滤波的同相正交分量转换成第二量值和相位信息；以及将第一量值和相位信息的量值与第二量值和相位信息的角度转换成输出同相正交信息，经滤波和重断言的分支信号包括所述输出同相正交分量。

根据本发明的第三方面，提供用于移动电话或蜂窝式通信的基站，包括根据第一方面的放大器。

本发明的这些以及其它方面将根据下文所描述的实施例而显而易见，并且参考这些实施例阐明。

附图说明

将参考图式仅通过举例来描述实施例，其中

图1示意性地示出了异相放大器的一个例子实施例；

图2示意性地示出了用于产生输入信号的基带单元的一个例子实施例；

图3a示出了rf输入信号的频谱；

图3b示出了来源于图3a的输入信号的异相信号的频谱；

图4示出了根据本发明的实施例的用于缓解带宽扩展的方法；

图5a示出了其中分支信号已经进行滤波的输出信号的频谱；

图5b示出了其中分支信号已经进行滤波和重断言的输出信号的频谱；

图6a示意性地示出了缓解带宽扩展所需的处理电路；

图6b更详细地示出了图6a的处理电路；

图6c示意性地示出了在图1的放大器中的图6a的处理电路；

图7a示出了在滤波和重断言的单个步骤之后的分支信号的频谱；以及

图7b示出了在滤波和重断言的两个步骤之后的分支信号的频谱。

应注意，图式是图解说明且未按比例绘制。为在图中清楚和便利起见，这些图式的各部分的相对尺寸和比例已通过在大小上放大或减小而示出。相同的附图标记一般用于指代在被修改的且不同的实施例中相对应的或相似的特征。

具体实施方式

图1示出了异相放大器100的示意性图示。经调幅rf输入信号sin被提供到异相放大器100的rf输入节点102。随后，输入信号被传递到信号分离器104，所述信号分离器104将经调幅输入信号sin分离成两个单独的经调相信号s1、s2(分支信号)。分支信号s1、s2都具有恒定振幅包络，并且它们是相同的，但以异相角度同相分离。

在一个例子中，输入信号sin和分支信号s1、s2之间的关系可通过以下等式描述：

θ(t)为放大器的异相角度。

第一分支信号s1被传递到异相放大器100的第一放大分支106上。第一放大分支106包括第一分支放大器108，其放大第一分支信号s1以得到第一经放大信号分量s1′。

第二分支信号s2被传递到异相放大器100的第二放大分支110上。第二放大分支110包括第二分支放大器112，其放大第二分支信号s2以得到第二经放大信号分量s2′。

使用来自等式2a和2b的例子分支信号，经放大信号分量s1′、s2′可通过以下等式给出：

g1和g2分别是第一分支放大器108和第二分支放大器112的增益。在一些例子中，分支放大器108、112具有相同增益。在其它例子中，分支放大器108、112可具有不同增益。

经放大信号分量s1′、s2′被传递到组合器114，其中对它们进行求和以得到经放大输出信号sout。

使用上述例子信号，sout可通过以下等式给出：

如通过等式1和5的比较将了解，经放大输出信号sout仅是输入信号sin的按比例增加。因此，异相放大器100已以系数g放大输入信号sin。g为异相放大器100的增益。

在基站或其它应用中，可提供输出信号sout以用于发射或另外的下游处理。图1中，这通过输出负载118来建模。输出负载118具有特性阻抗z0。

为了有效操作基站和异相放大器100，输出信号sout应该与特性阻抗z0成阻抗匹配。在输出信号sout不与特性阻抗z0成阻抗匹配的情况下，输出信号sout可穿过阻抗匹配网络116以将输出信号sout转变为经阻抗匹配的信号simp。

阻抗匹配网络在放大器领域中是众所周知的。

在一些例子中，输入信号sin和输出信号sout包括在基带中以同相(i)和正交(q)分量编码的信息(振幅和相位)。图2示意性地示出了可用于产生输入信号sin的基带单元200。可替换的是，单端表示可用于基带中，从而需要更少但更高性能的数据转换器。

信号的i和q分量作为单独的数字分量而通过基站产生。数字i分量通过第一数模转换器202a转换成第一模拟信号，并且数字q分量通过第二数模转换器202b转换成第二模拟信号。

第一模拟信号通过第一滤波器204a进行滤波，并且第二模拟信号通过第二滤波器204b进行滤波。滤波器204是数模转换器重建滤波器，如数模转换器所需要的。随后，经滤波的模拟信号被提供到正交调制器206，其中它们与来自本地振荡器208的信号混合，并进行求和以提供输入信号sin。

正交调制器206包括第一调制器206a，其用于混合第一模拟信号与本地振荡器的输出，以及第二调制器206b，其用于混合第二模拟信号与本地振荡器208的输出。在与第二模拟信号混合之前，振荡器208的输出通过90度相移206c传递。正交调制器206还包括求和器206d，其用于对混合模拟信号进行求和。

图3a示出了20mhzrf输入信号sin的频谱。x轴示出了从20mhz开始的频率变化。如从图3a中可见，输入信号sin具有相对窄的带宽，其中信号振幅减弱而远离主频率(并且因此信号中的信息减少)。

图3b示出了由图3a的输入信号产生的异相信号(s1或s2)的频谱。如可见，信号现具有宽带宽。此被称为带宽扩展。在基带单元200中，宽带信号对数模转换器202、调制器206a、206b和滤波器电路204具有更大的功率要求，而在放大器106、110的分支中，对分支放大器108、112具有更大的功率要求。

图4示出了根据实施例的用于缓解带宽扩展的影响的方法300的步骤。一般来说，分支信号中的每一者经处理以减少宽带宽中的能量，所述能量由到仅具有相位信息的内容的转变产生。宽带宽是远离信号的中心频率的频率。宽带宽中功率的降低降低了对放大器100的分量的带宽要求，这降低了分量成本和功率消耗。此外，信号的处理保存相位信息，所以没有数据从信号中丢失。

在一个例子中，处理包括对分支信号进行滤波306以降低信号的带宽的步骤，以及修改经滤波的分支信号308以便重断言相位信息的步骤。相位信息的重断言确保没有相位信息丢失，并且可被视为在滤波之后，将相位精确度重新引入到分支信号中，或视为在进行滤波以恢复原始信号的内容之后，更改分支信号的振幅。

现将更详细地论述操作放大器100的一个例子。在第一步骤中，接收输入信号sin(302)。在第二步骤中，将输入信号拆分(304)成具有恒定振幅包络的异相分支信号s1、s2。

第一分支信号s1在放大器100的第一分支106上进行滤波(306a)，并且第二分支信号s2在放大器100的第二分支110上进行滤波。

滤波降低了异相信号s1、s2的带宽。滤波通过简单的仅仅允许在围绕中心频率的预定义范围内的频率分量传递的带通滤波器进行。例如，带通带宽可为系统的样本速率的1/3。因此，较低的带宽信号等同于rf信号产生系统中的较低规范硬件，这降低了分量成本和复杂度。应了解，为样本速率1/3的带通带宽仅作为例子，并且可使用任何合适的带宽。

图5a示出了通过组合两个经放大的异相信号s1′、s2′产生的输出信号sout的频谱，所述s1′、s2′在放大之前已经进行过滤波。虚线示出了应用于异相信号的滤波器的形状。

如可见，滤波步骤306产生具有高振幅(并因此具有高能量)的边带。这些边带产生信号上的失真，也意味着信号仍然是宽带的。此外，因为对分支信号进行调相，并在它们的相位中携载信息，所以滤波可产生信号中信息的丢失。

因此，在滤波306之后，修改第一分支信号s1(308a)，以从未滤波的信号中重新引入相位信息。此修改的作用是更改信号的部分的振幅，以及重断言来自原始信号的信息。类似地，以类似方式修改第二分支信号s2(308b)。

图5b示出了通过组合两个经放大的异相信号s1′、s2′产生的输出信号sout的频谱，所述s1′、s2′在放大之前已经进行过滤波和重断言。

如可见，重断言信息以减少边带中的能量的方式修改振幅。由于边带的能量较低，所以带宽扩展的影响降低，如下文将论述。

为了进一步缓解带宽降低的影响，可重复滤波306和重断言308的步骤。

在第一分支信号s1和第二分支信号s2的修改308之后，放大第一分支信号s1(310a)，并放大第二分支信号s2(310b)。随后，组合经放大的信号s1′、s2′(312)以提供sout。图6a示意性地示出了处理分支信号所需的处理电路400用以降低宽带宽(即，远离信号的中心频率的那些)中的能量。

在一个例子中，处理电路400包括滤波器402，其如上文所论述地对分支信号进行滤波，以及重建器410，其同样如上文所论述地修改经滤波的分支信号。

图6c示出了图1的放大器的部分，包括处理电路400a、400b。在第一分支106上提供第一处理电路400a以处理第一分支信号s1。相同地，在第二分支上提供第二处理电路400b以处理第二分支信号s2。

图6b更详细地示出了处理电路400的一个例子实施例。现将相对于单个分支信号s1、s2论述此处理电路400的操作，但应了解，同时在分支106、110中的处理电路将以相同方式发挥功能。

如同输入信号sin，分支信号s1、s2包括以i和q分量编码的信息，它们由处理电路400接收。i和q分量可由信号分离器104产生，或可以任何合适方式根据来自信号产生器104的信号确定。

滤波器402包括第一滤波器402a，其用于对i分量进行滤波，以及第二滤波器402b，其用于对q分量进行滤波。滤波器402如相对于图4所论述。

重建器410包括第一转换器404、第二转换器406和第三转换器408。转换器404、406、408被布置成在不同的信号表示之间更改。使用i和q分量仅仅是表示在信号中编码的信息的一种方式。替代性方法是使用量值(mag)和角度(ang)信息。转换器404、406、408使用cordic算法以在这两个系统之间切换。

第一转换器404将经滤波的i和q分量转换成第一量值和角度信息，其包括第一量值和第一角度。第二转换器406将未滤波的i和q分量转换成第二量值和角度信息，其包括第二量值和第二角度。

第三转换器408采用第一量值和第二角度，并转换回到i和q分量。经滤波的量值提供滤波的影响，而未滤波的角度信息重断言原始相位信息。

第三转换器的输出不是完全的i和q信号，而是产生i和q信号所需的信息。此信息被传递到相应的数模转换器(未示出)，并接着如常进行处理。数模转换器可包括如相对于图2的数模转换器所论述的重建滤波器(未示出)。在滤波和重断言之后，重建滤波器引入最小失真。

放大器108、112为限制性放大器，它们在饱和状态下进行操作。放大器108、112采用来自处理电路的输出，并将其放大。限制性放大器的失真修改信号，以使得经放大的分支信号具有产生经放大的输出信号所需的形式。以此方式，系统100可被视为使用放大器108、112的失真以插入在滤波中丢失的额外信息。

由于放大器108、112是限制性放大器，所以系统100可用于放大数字信号，这去除了对数模转换器的需要，并降低了成本和功率要求。

图7a示出了在滤波和重断言的单个迭代之后的分支信号的频谱。与图3b的比较示出了经滤波和经相位重断言的异相信号在宽带宽处具有比原始异相信号更低的信号功率。然而，在宽带宽处的信号高于仅仅进行滤波的信号，并且因此相位信息不会丢失，并且降低了对放大器100的带宽要求。

功率的最大降低出现在最高和最低频率处，而中心频率基本上不受影响。功率降低从中心频率到最宽频率逐渐增加。一般来说，功率降低在滤波器的通带以外的频率中最有效，但功率的某一降低可能见于通带内的频率处。

图7b示出了在滤波和重断言的两个迭代之后的分支信号的频谱。如可见，在宽带宽处的信号功率(振幅)进一步降低。

通常，滤波和重断言重复固定迭代数目，例如，四个迭代。所述固定数目取决于信号的类型和输出信号的要求。在其它例子中，重复滤波和重断言直到符合阈值标准。阈值标准可为迭代的预定数目、预定处理时间或信号的预定改变。在一些情形中，可使用多个阈值标准，并且在符合第一标准时，停止滤波和重断言。

由于经滤波和重断言的信号已经降低在宽带宽处的功率，所以放大器100架构的带宽要求降低(并且因此功率要求也降低)。能够使用低于产生全部带宽异相信号所需的操作带宽的操作带宽意味着更低的分量和系统成本、更低的功率消耗，并且提供了用于集成的增加了的范畴。

图3b与图7b的比较示出了对于所论述的例子，在宽带宽处的信号电平可利用滤波和重断言的两个迭代降低30db。在此例子中，需要用于不进行滤波和重断言的系统(包括用于基带单元200)的数模转换器具有100mhz的带宽。在滤波和处理的两个迭代的情况下，这可降低到50mhz。

处理电路400可实施在现场可编程门阵列(fpga)或互补式金属-氧化物半导体(cmos)集成电路中。它还与用于分支放大器的cmos驱动器兼容。

基于上述，包括处理电路的放大器100可实施在单芯片中，但这不是必需的。

滤波和重断言的迭代可通过数次穿过相同处理电路400路由信号来提供。可替换的是，可提供单独的处理电路400以用于每一迭代。在此例子中，或在具有软件实施的滤波器的例子中，滤波器的通带可针对每一迭代而改变。可替换的是，每一迭代的通带可为相同的。

缓解带宽扩展的方法300(和处理电路400)与用于放大经调幅rf信号的任一异相放大器100兼容。此外，尽管在上述描述中，rf信号仅仅进行振幅调制，但缓解带宽扩展的方法300还可与同时具有振幅和相位调制的信号一起使用。在此情况下，第一和第二分支信号都具有包含来自原始信号的相位信息的共同部分和包含来自原始信号的振幅信息的反相部分。

例如，方法300和电路400可与由标准(例如，lte、wcdma、gsm-edge、蓝牙、各种802.11标准)限定的信号和调制方案(例如，qam、ofdma)，以及需要振幅和相位域调制的许多其它者一起使用。

不同类型的信号对数模转换器和其它分量将具有不同的带宽要求。典型系统设计的其它约束条件需要分量(具体地说，dac和调制器)具有在比样本速率大三倍和五倍之间的带宽，并且样本速率大于正在进行处理的信号的带宽。

为了解释带宽扩展，在不进行滤波和重断言的情况下，信号的带宽理论上是无限制的，但实际上，分量经常在输入信号的带宽的八倍和十倍之间缩放。在滤波和重断言之后，分量可具有通过现有系统约束条件限制的带宽，以使得所述带宽在输入信号的带宽的三倍和五倍之间。

在上文所论述的例子中，在不进行滤波和重断言的情况下的带宽要求是100mhz。通过包括滤波和重断言的两个迭代，这可降低到50mhz。这可为(例如)具有10mhz带宽的信号。在其它例子中，带宽可能更低或更高。例如，具有5mhz带宽的wcdma信号可能需要在40mhz和50mhz之间的带宽(在不进行滤波和重断言的情况下)，和在15mhz和20mhz之间的带宽(当使用新技术时)。对本领域的技术人员来说，这将是显而易见的：此概念如适用于单个3g5mhz载波配置一般地适用于经优化以用于100mhz带宽的lte信号的系统。

应了解，上文所论述的方法和处理电路仅作为例子，并且任一合适的方法可实施在任一合适的设备中。例如，可使用任何合适类型的滤波器、转换器和数模转换器。转换器(例如)可基于除cordic算法以外的算法。

并且，上文所论述的异相放大器100和基带单元200的结构仅作为例子给出。可使用任一合适的异相放大器100和基带单元200。

此外，上文所论述的频率和信号仅作为例子，并且可使用任何合适的频率和信号。

通过阅读本发明，技术人员将明白其它变化和修改。此类变化和修改可涉及等效和其它特征，所述等效和其它特征在异相放大器的领域中是已知的且可用作本文已经描述的特征的替代或添加。

尽管所附权利要求书是针对特定特征组合，但应理解，本发明的公开内容的范畴还包括本文中明确地或隐含地公开的任何新颖特征或任何新颖特征组合或其任何一般化，而不管其是否涉及与当前在任何权利要求中主张的本发明相同的发明或其是否缓解与本发明所缓解的任一或全部技术问题相同的技术问题。

在不同的实施例的上下文中描述的特征也可以组合地提供于单一实施例中。相反地，为了简洁起见，在单一实施例的上下文中所描述的各个特征也可以单独地或以任何合适的子组合形式提供。申请人特此提醒，在审查本申请案或由此导出的任何另外的申请案期间可根据此类特征及/或此类特征的组合而规划新的权利要求。

为了完整起见，还指出，术语“包括”并不排除其它元件或步骤，术语“一”并不排除多个，并且权利要求书中的附图标记不应被解释为限制权利要求书的范畴。