专利名称：高频功率放大器和发射机的制作方法
技术领域：
本说明涉及高频功率放大器，具体涉及可用于诸如蜂窝电话之类的通信系统中的发射机的高频功率放大器。
背景技术：
在最近和将来的一些年中，所谓的第三代蜂窝电话为了加速和完善数据，进行码复用来发送信号。在这种情况下，最大瞬时功率与平均功率比(峰值因子)出现了增加。因此，在功率放大器中出现的畸变增加，从而增加了相邻信道干扰。可能存在通过保持码复用数量不变来提供加速的情况。在这种情况下，需要增加发射功率以便在接收部分中保持S/N比(信噪比)不变。在这种情况下，平均功率增加，从而增加了施加到最大瞬时功率部分的增益压缩，并且增加了畸变功率。
发明内容
在上面提到的技术环境中，用于蜂窝电话的功率放大器需要比以往更多的线性。用于畸变补偿的技术对于例如使功率放大器线性化是有效的。然而，蜂窝电话正在不断地小型化。使用复杂的技术是困难的，这是一个长期问题。
为了解决这个问题，提供配有例如JP-ANo.48798/2004中所述的功率放大器的通信装置。JP-A No.48798/2004举例说明了使用二极管等的线性化电路的发明。然而，由于线性化电路很难匹配其温度特性等与受到畸变补偿的功率放大器的温度特性，因此该发明在实践上存在问题。
已知另一种使用畸变补偿之外的方法的功率放大器。在这种功率放大器中，多个晶体管并联。在输出功率增加时，通过增加操作的晶体管数量来维持线性。然而，由于晶体管输出是离散地合成的，因此这种功率放大器产生合成噪声。在失谐频率大的频率带中，难以充分地降低畸变功率。
考虑前述问题做出了本发明。最好提供能够使用相对容易的技术来降低传输信号畸变的高频功率放大器和发射机。
根据本发明实施例的高频功率放大器包括功率放大器，用于放大数字调制的高频信号；包络检测部分，用于产生与高频信号的包络电压等效的包络信号；比较器，用于将包络信号与指定的参考信号进行比较；和功率变换器电路，用于根据比较器的输出将电源电压变换成功率，其中从功率变换器电路输出的电压被用作功率放大器的电源电压。
根据来自比较器的输出，功率变换器电路选择性地输出第一电压和高于基于电源电压的第一电压的第二电压。特别地，当包络信号变得高于参考信号时，该电路可以改变功率放大器的电源电压。结果，可以减少最大瞬时功率部分中的传输信号的畸变。
包络检测部分可以由检测电路构成，该检测电路用来移除高频信号并且仅输出包络分量。或者，包络检测部分可以由用来产生数字调制的高频信号的数字信号处理部分构成。
可以使用固定的参考电压作为指定的参考信号。或者，高频功率放大器可以具有平均值检测部分，该平均值检测部分用来输出具有接近直流的频率的、与高频信号的平均功率等效的平均功率电压，并且高频功率放大器可以使用从平均值检测部分输出的平均功率电压作为指定的参考信号。在后一种情况下，最好高频功率放大器具有开关，该开关用来根据平均功率电压的幅度在从平均值检测部分的输出和指定的参考电压之间改变，并且高频放大器使用该开关的输出作为指定的参考信号。
根据本发明的实施例的一种发射机包括数字信号处理部分，用于产生由于对要发送的数据进行数字调制而导致的高频信号；带通滤波器，其让从数字信号处理部分输出的信号通过指定的频带；功率放大器，用于放大从带通滤波器的输出；包络检测部分，用于产生与高频信号的包络电压等效的包络信号；比较器，用于将包络信号与指定的参考信号进行比较；和功率变换器电路，用于根据比较器的输出将电源电压变换成功率，其中从功率变换器电路输出的电压被用作功率放大器的电源电压。
根据本发明的实施例的高频功率放大器和发射机允许放大信号的包络的最大瞬时功率部分，从而增加施加到功率放大器的电源电压。这使得可以减少在最大瞬时功率时发生的畸变。只有最大瞬时功率部分动态地控制来增加电源电压，这样稍微抑制了总体功耗的增加。
将根据下面附图详细描述本发明的实施例，其中图1是示出根据本发明的第一实施例的、包括高频功率放大器的发射机的配置的方框图；图2是说明根据本发明的实施例的功率变换器电路的内部电路配置的方框图；图3是示出图1的电路的操作的波形图；图4是示出根据本发明的第二实施例的、包括高频功率放大器的发射机的配置的方框图；图5是说明包括图4所示的高频功率放大器的发射机的改进的方框图；以及图6是示出图5的电路的操作的波形图。
具体实施例方式
将参照附图进一步详细描述本发明的实施例。
下面简要描述本发明能减少畸变的原理。数字调制的高频信号在功率放大器中发生畸变，这是因为其最大瞬时功率部分受到功率放大器的增益压缩的影响。因此，当最大瞬时功率部分受到增益压缩的影响时，增加提供给功率放大器的电压可以减少此时的增益压缩，从而改善畸变。
图1是示出根据本发明的第一实施例的、包括高频功率放大器的发射机的配置的方框图。下面描述该配置。在图1中，数字信号处理部分10输出根据对要发送的数据所进行的数字调制而产生的高频信号Sin。高频信号Sin被分成两个部分。一部分输入到包络检测部分(DETenv)12。另一部分通过带通滤波器(BPF)17提供到高频功率放大器(PA)18。带通滤波器(BPF)17让对应于指定带宽的信号通过。高频功率放大器18的输出端Pout通过天线双工器(未示出)连接到天线(未示出)。包络检测部分(DETenv)12可以由使用二极管的常规检测电路构成。包络检测部分(DETenv)12被赋予短的时间常数τRF并用来移除高频信号而只输出包络分量。
包络检测部分(DETenv)12的输出被输入到稍后将要描述的比较器(CMP)14的两个输入端之一。比较器14产生双态的输出。比较器14的另一端ref总是供有参考电压Vref。比较器14比较在两个输入处的电压，并且根据比较结果输出第一电平(在该例中为低电压)或第二电平(在该例中为高电压)。在该例中，当包络检测部分12的输出大于参考电压Vref时，比较器14输出高电压。比较器的输出被输入到具有输出控制端的功率变换器电路15。功率变换器电路15从提供总功率的电源(BATT)16接收电源电压Vbatt。功率变换器电路15将电源电压Vbatt变换成电功率，并且将它施加到高频功率放大器18。特别地，当比较器输出为低时(即，当包络检测部分12的输出小于参考电压Vref时)，功率变换器电路15提供第一电源电压V1给高频功率放大器18。相反，当比较器输出为高时，功率变换器电路15提供高于第一电源电压V1的第二电源电压V2给高频功率放大器18。在该例中，第二电源电压V2通过提升电源电压Vbatt来产生。例如，电源(BATT)16对应于蜂窝电话的锂离子电池，并且提供3.5V的平均输出电压。根据实施例，第一电源电压V1为3.2V。第二电源电压V2为4.2V。
图2说明了功率变换器电路15的内部电路配置。根据该配置实例，功率变换器电路15由具有输出控制端150的直流到直流(DC-DC)变换器(UP)151、第二DC-DC变换器(DW)152以及用于将两个DC-DC变换器151和152的输出电压彼此相加的电压加法器(Add)153组成。这些DC-DC变换器与提供总功率的电源(BATT)相连接。电压加法器Add的输出连接到功率放大器PA的电源端。
当输出控制端150的电压为低时，DC-DC变换器(UP)151输出0电压(即没有输出)，保持高输出阻抗。当输出控制端150的电压为高时，DC-DC变换器(UP)151输出另外的电压Vu。该另外的电压Vu被设为例如接近1V。另一方面，第二DC-DC变换器(DW)152总是根据作为输入直流电压的电源电压Vbatt输出同样的输出直流电压Vd。本实施例将Vd设为3.2V。电压加法器(Add)153将第一和第二DC-DC变换器151和152的输出彼此相加，向功率放大器(PA)18输出电源电压Vpa(V1或V2)。
下面参照图3所示的波形图描述图1的电路的操作。图3仿真了提供到图1所示的电路中的功率放大器(PA)18的数字调制的高频信号的时间波形。包络1的状态示出小的高频信号Sin输入到功率放大器18的情况。在这种情况下，等效于最大瞬时功率的电压表示为Vpeak1。如图3所示，设置比较器的参考电压Vref以满足条件Vref＞Vpeak1。
在这种情况下，由于包络1的比较器输入总是小于Vref，因此其输出变为低。因此，电压加法器(Add)153的输出总是维持为DC-DC变换器(DW)152的3.2V的输出。
让我们假设输入信号Sin增加，等效于最大瞬时功率的电压对应于Vpeak2，而包络电压对应于包络2。在这种情况下，如图3所示，比较器的输入(包络2)在时间t1和t2之间变得大于Vref。在该时间段内，比较器输出变为高。DC-DC变换器(UP)151工作以便输出另外的电压Vu(非0)。因此，电压加法器(Add)153输出Vpa＝Vd+Vu＝4.2V。在高包络电压部分中，施加到功率放大器(PA)18的电源电压Vpa提高到4.2V。结果，相比于Vpa＝3.2V的情况，减少了在功率放大器输出中出现的畸变。
下面描述本发明的第二实施例。图4是示出根据第二实施例的、包括高频功率放大器的发射机的配置的方框图。图4和图1中相互对应的组成元件由相同的附图标记指示。
根据第一实施例，包络检测部分12基于来自数字信号处理部分10的数字调制的高频信号Sin产生包络电压。根据第二实施例，数字信号处理部分10基于数字调制之前的信号产生包络电压13。平均值检测部分(DETmean)20基于从数字信号处理部分10输出的数字调制的高频信号，产生施加到比较器(CMP)14的输入端re1的参考电压。平均值检测部分(DETmean)20是用来检测等效于高频信号的平均功率的电压(平均电源电压)的电路。平均值检测部分(DETmean)20可以构建为使用二极管的普通检测电路，并且被赋予长的时间常数τenv。平均值检测部分(DETmean)20移除高频信号和包络分量，并且输出接近等效于平均功率的直流的电压。配置的其他部分与图1所示的配置相同，因此省略对其重复的描述。
根据该配置，比较器(CMP)14将从数字信号处理部分10输出的包络电压13与平均值检测部分(DETmean)20的输出进行比较。根据比较结果，比较器(CMP)14输出高或低电压。如第一实施例中所述，功率变换器电路15根据比较器的输出工作。
图5说明了图4所示的配置的改进。图4的配置示出直接使用平均值检测部分(DETmean)20的输出作为比较器14的参考电压的例子。在这种情况下，参考电压可能变得过低。为了解决这个问题，图5的配置允许另一比较器22来对平均值检测部分(DETmean)20的输出与指定的参考电压Vref2进行比较。当输出低于参考电压Vref2时，使用指定的参考电压Vref3作为比较器14的参考电压。当输出高于或等于参考电压Vref2时，使用平均值检测部分(DETmean)20的输出作为比较器14的参考电压。使用开关21来转换这些状态。参考电压Vref2可以与参考电压Vref3相同。
最好允许数字信号处理部分10对输入信号检测平均电平的一定等级进行检测。根据检测结果，数字信号处理部分10可以产生开关21的开关控制信号。在这种情况下，比较器22变得没有必要。
下面参照图6的波形图描述图5中的电路的操作。图6和图3中相互对应的组成元件由相同的附图标记指示。包络1的状态示出了高频信号Sin较小的情况。等效于平均功率的电压表示为Vmean1。等效于最大瞬时功率的电压表示为Vpeak1。图6的例子示出参考电压Vref2等于参考电压Vref3。
这种状态允许在一段时间中比较器的包络1的输入变得大于Vmean1。由于Vmean1总是小于Vref2，因此使用Vref3作为比较器14的参考电压。由于比较器输入(包络1)总是小于Vref3，因此比较器的输出总是维持低电平。结果，电压加法器(Add)153的输出总是保持DC-DC变换器(DW)152的输出3.2V。
让我们假设输入信号Sin增加，平均功率等效于Vmean2，最大瞬时功率等效于Vpeak2，而包络电压对应于包络2。在这种情况下，Vmean2变得大于Vref2。使用Vmean2作为比较器14的参考电压。比较器的输入(包络2)在时刻t3和t4之间变得大于Vref3。因此在该时间段内，比较器输出变高。电源变换器电路15输出Vpa＝Vd+Vu＝4.2V。在高包络电压部分中，施加到功率放大器的电源电压Vpa提高到4.2V。结果，相比于Vpa＝3.2V的情况，减少了在功率放大器输出中出现的畸变。
可以使用SAW滤波器作为连接到功率放大器18之前的带通滤波器(BPF)17。SAW滤波器导致长的群延迟时间，并且可以保证从上面提到的比较器14的输入到功率变换器电路15的输出的响应时间延迟。
当功率放大器18的电源电压Vpa从3.2V增加到4.2V时，功率放大器18的增益可以稍微增加。在这种情况下，数字信号处理部分10可以校正变化增益。
当比较第一和第二实施例时，它们之间的主要区别可以阐述如下。根据第一实施例，提供到比较器14的参考电压是固定的，而根据第二实施例是随着输入信号而变化的。由高频功率放大器处理的输入信号可以随应用的通信系统而变化。例如，对输入信号的平均功率，峰值因子等效于最大瞬时功率(峰值功率)。对于当前蜂窝电话通信系统(W-CDMA、CDMA2000、FOMA、HDR等)和用于无线LAN等的使用正交频分复用(OFDM)调制系统的其它通信系统而言，峰值因子之间存在很大差别。也就是说，后者的峰值因子比前者的大几倍。根据本发明，同等对待具有不同特性的输入信号并不总是合适的。特别地，图1的配置适于诸如峰值因子相对较大的OFDM之类的通信系统。图5的配置适于诸如峰值因子相对较小的当前蜂窝电话通信系统之类的通信系统。
尽管描述了本发明的特定优选实施例，但显然应当理解，可以在本发明的宗旨和范围内对本发明进行其他各种修改和改变。
例如，根据第二实施例最好使用从数字信号处理部分10获得的包络电压，而不使用根据第一实施例的包络检测部分12。或者，反之亦然。
本领域技术人员应当理解的是，只要在所附权利要求书或其等效物的范围内，就可以根据设计要求和其他因素出现各种修改、组合、子组合和替代。
权利要求
1.一种高频功率放大器，包括功率放大器，用于放大数字调制的高频信号；包络检测部分，用于产生与高频信号的包络电压等效的包络信号；比较器，用于将包络信号与指定的参考信号进行比较；和功率变换器电路，用于根据比较器的输出将电源电压变换成功率，其中从功率变换器电路输出的电压被用作功率放大器的电源电压。
2.如权利要求1所述的高频功率放大器，其中，包络检测部分由检测电路构成，该检测电路用来移除高频信号并且仅输出包络分量。
3.如权利要求1所述的高频功率放大器，其中，包络检测部分由用来产生数字调制的高频信号的数字信号处理部分构成。
4.如权利要求1所述的高频功率放大器，其中，使用固定的参考电压作为指定的参考信号。
5.如权利要求1所述的高频功率放大器，其中，高频功率放大器具有平均值检测部分，该平均值检测部分用来输出具有接近直流的频率的、与高频信号的平均功率等效的平均功率电压，并且高频功率放大器使用从平均值检测部分输出的平均功率电压作为指定的参考信号。
6.如权利要求5所述的高频功率放大器，其中，高频功率放大器具有开关，该开关用来在从平均值检测部分的输出和根据平均功率电压的幅度所指定的参考电压之间转换，并且高频放大器使用该开关的输出作为指定的参考信号。
7.如权利要求1所述的高频功率放大器，其中，功率变换器电路根据比较器的输出，选择性地输出第一电压和高于基于电源电压的第一电压的第二电压。
8.如权利要求7所述的高频功率放大器，其中，功率变换器电路包括第一直流到直流变换器，从比较器向其提供双态的输出，当所述输出对应于第一电平时其输出0电压，而当所述输出对应于第二电平时其输出另外的电压；第二直流到直流变换器，其总是根据电源电压输出相同的输出直流电压；和电压加法器，其将来自第一和第二直流到直流变换器的输出相加并输出。
9.一种发射机，包括数字信号处理部分，用于产生由于对要发送的数据进行数字调制而导致的高频信号；带通滤波器，其让从数字信号处理部分输出的、具有指定频带的信号通过；功率放大器，用于放大从带通滤波器的输出；包络检测部分，用于产生与高频信号的包络电压等效的包络信号；比较器，用于将包络信号与指定的参考信号进行比较；和功率变换器电路，用于根据比较器的输出将电源电压变换成功率，其中从功率变换器电路输出的电压被用作功率放大器的电源电压。
全文摘要
公开一种数字信号处理部分，用来放大由于对要发送的数据进行数字调制而产生的高频信号。包络检测部分(DETenv)产生高频信号的包络电压。比较器将该包络电压与参考电源Vref进行比较以产生双态的输出。根据该双态的输出，功率变换器电路将电源电压Vbatt变换成功率并且为功率放大器输出电源电压Vpa。当包络电压大于参考电压Vref时，例如，电源电源Vpa从电压V1改变到(大于V1的)V2。这样，提供一种高频功率放大器和发射机，其能够使用相对简单的技术来减少传输信号的畸变。
文档编号H04B1/06GK1750388SQ20051009814
公开日2006年3月22日 申请日期2005年9月8日 优先权日2004年9月17日
发明者楠繁雄 申请人:索尼爱立信移动通信日本株式会社