本發(fā)明涉及放大器領(lǐng)域，更具體地，涉及能夠控制功率放大器使得輸出功率更加穩(wěn)定的放大器系統(tǒng)以及控制主放大器的方法和電路。

背景技術(shù)：

在射頻(radiofrequency，rf)發(fā)射器中，功率放大器的輸出功率與功率放大器的輸出阻抗(包括負(fù)載阻抗)相關(guān)。因?yàn)樨?fù)載阻抗可能會(huì)由于電壓駐波比(voltagestandingwaveratio，vswr)改變而不同，而天線至外來(lái)物的距離不同會(huì)導(dǎo)致電壓駐波比的改變，功率放大器的輸出功率因而會(huì)相應(yīng)地變化。輸出功率變化可能會(huì)降低服務(wù)質(zhì)量和/或增加功率放大器的峰值電流/電壓。因此，如何設(shè)計(jì)控制器來(lái)控制功率放大器使得輸出功率穩(wěn)定是重要的課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種放大器系統(tǒng)以及控制主放大器的方法和電路以解決上述問(wèn)題。

根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種放大器系統(tǒng)。該放大器系統(tǒng)包括：主放大器和控制器，主放大器包括以共源共柵結(jié)構(gòu)連接的第一晶體管和第二晶體管，其中該主放大器利用該第一晶體管接收輸入信號(hào)并利用該第二晶體管輸出輸出信號(hào)；控制器耦接至該主放大器，用于根據(jù)該輸出信號(hào)和該主放大器的電流生成控制信號(hào)至該第二晶體管，以控制該主放大器的增益。

根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種控制主放大器的方法，該主放大器包括以共源共柵結(jié)構(gòu)連接的第一晶體管和第二晶體管，該主放大器利用該第一晶體管接收輸入信號(hào)并利用該第二晶體管輸出輸出信號(hào)，該方法包括根據(jù)該輸出信號(hào)和該主放大器的電流生成控制信號(hào)至該第二晶體管，以控制該主放大器的增益。

根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種控制主放大器的電路，其中該主放大器包括以共源共柵結(jié)構(gòu)連接的第一晶體管和第二晶體管，該主放大器利用該第一晶體管接收輸入信號(hào)并利用該第二晶體管輸出輸出信號(hào)，該電路包括控制器，用于根據(jù)該輸出信號(hào)和該主放大器的電流生成控制信號(hào)至該第二晶體管，以控制該主放大器的增益。

通過(guò)本發(fā)明能夠減少放大器在不同vswr的情況下輸出功率的變化，使得輸出信號(hào)相對(duì)于vswr變化足夠穩(wěn)健。

在閱讀各個(gè)附圖中例示的優(yōu)選實(shí)施例的如下詳細(xì)描述之后，本發(fā)明的這些和其他目的對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)無(wú)疑將變得顯而易見。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式例示放大器系統(tǒng)的示意圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式例示放大器系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式用于控制主放大器的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

在說(shuō)明書及后續(xù)的權(quán)利要求當(dāng)中使用了某些詞匯來(lái)指稱特定的組件。本領(lǐng)域一般技術(shù)人員應(yīng)可理解，電子設(shè)備制造商可能會(huì)用不同的名詞來(lái)稱呼同一組件。本說(shuō)明書及后續(xù)的權(quán)利要求并不以名稱的差異來(lái)作為區(qū)別組件的方式，而是以組件在功能上的差異來(lái)作為區(qū)別的基準(zhǔn)。在通篇說(shuō)明書及后續(xù)的權(quán)利要求當(dāng)中所提及的“包含”是開放式的用語(yǔ)，故應(yīng)解釋成“包含但不限定于”。此外，“耦接”一詞在此是包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述第一裝置電性連接于第二裝置，則代表該第一裝置可直接連接于該第二裝置，或通過(guò)其他裝置或連接手段間接地連接至該第二裝置。

請(qǐng)參考圖1，圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式例示放大器系統(tǒng)100的示意圖。如圖1所示，放大器系統(tǒng)100包括主放大器(功率放大器)110、控制器120、電壓鉗位(voltageclamp)電路130、電流鉗位電路140和阻抗檢測(cè)器150。主放大器110被配置為放大rf輸入信號(hào)vin以生成rf輸出信號(hào)vout，控制器120被配置為接收功率指示信號(hào)vramp以生成控制信號(hào)vgc來(lái)控制主放大器110的增益，電壓鉗位電路130被配置為根據(jù)輸出信號(hào)vout的幅度調(diào)整控制器120輸出的控制信號(hào)vgc，電流鉗位電路140被配置為根據(jù)主放大器110的電流調(diào)整控制器120輸出的控制信號(hào)vgc。阻抗檢測(cè)器150被配置為檢測(cè)主放大器110的輸出阻抗并生成檢測(cè)結(jié)果vc_z，控制器120參考檢測(cè)結(jié)果vc_z生成控制信號(hào)vgc。在這個(gè)實(shí)施方式，放大器系統(tǒng)100可應(yīng)用于發(fā)射器，通過(guò)利用耦接至主放大器110的天線廣播輸出信號(hào)vout。

請(qǐng)參考圖2，圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式例示放大器系統(tǒng)100的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的示意圖。在圖2中，主放大器110由兩個(gè)以共源共柵結(jié)構(gòu)連接的nmosm1和m2實(shí)現(xiàn)，主放大器110由電源電壓vbat通過(guò)電感l(wèi)1進(jìn)行供電，主放大器110對(duì)在nmosm1的柵極接收的輸入信號(hào)vin放大，在nmosm2的漏極生成輸出信號(hào)vout?？刂破?20包括調(diào)整電路(在這個(gè)實(shí)施方式中，調(diào)整電路是加法器124)、第一運(yùn)算放大器122、可變負(fù)載rl、兩個(gè)nmosm5和m6和兩個(gè)pmosm7和m8。電壓鉗位電路130包括峰值檢測(cè)器136、第二運(yùn)算放大器132和控制晶體管134。電流鉗位電路140包括兩個(gè)nmosm3和m4、電阻器r1、第三運(yùn)算放大器142和控制晶體管144。

在放大器系統(tǒng)100的操作中，根據(jù)阻抗檢測(cè)器150輸出的檢測(cè)結(jié)果vc_z調(diào)整功率指示信號(hào)vramp，第一運(yùn)算放大器122比較調(diào)整后的功率指示信號(hào)vramp’與反饋信號(hào)vfb，生成控制信號(hào)vgc以控制主放大器110的增益，其中根據(jù)pmosm8的電流和可變負(fù)載rl的電阻值生成反饋信號(hào)vfb。此外，第一運(yùn)算放大器122輸出的控制信號(hào)vgc根據(jù)電壓鉗位電路的130和電流鉗位電路140的輸出來(lái)進(jìn)行調(diào)整/限制。詳細(xì)地，對(duì)于電壓鉗位電路130，峰值檢測(cè)器136檢測(cè)輸出信號(hào)vout的幅度，并生成電壓vps以表示檢測(cè)的幅度，第二運(yùn)算放大器132比較電壓vps與參考電壓vrv，以生成補(bǔ)償信號(hào)vc_ov，控制晶體管134接收補(bǔ)償信號(hào)vc_ov，以調(diào)整控制信號(hào)vgc。對(duì)于電流鉗位電路140，nmosm3和m4以及電阻器r1作為電流傳感器感測(cè)主放大器110的電流，以生成電壓vis來(lái)表示感測(cè)到的電流，第三運(yùn)算放大器142比較電壓vis與參考電壓vri，以產(chǎn)生補(bǔ)償信號(hào)vc_oc，控制晶體管144接收補(bǔ)償信號(hào)vc_oc以調(diào)整控制信號(hào)vgc。此外，阻抗檢測(cè)器150可以借助于從電壓鉗位電路130和電流鉗位電路140分別接收電壓vps和vis，通過(guò)將vps除以vis生成阻抗vc_z(即，vc_z＝vps/vis)。

電壓鉗位電路130用于將輸出信號(hào)vout限制在定義的輸出電壓范圍內(nèi)。例如，如果輸出信號(hào)vout的幅度增加，電壓vps和補(bǔ)償信號(hào)vc_ov也將增加，從而控制晶體管134的電流增加以降低控制信號(hào)vgc，因而降低主放大器110的增益和輸出信號(hào)vout。

電流鉗位電路140用于將主放大器110的電流限制在定義的電流范圍內(nèi)。例如，如果主放大器110的電流增加，電壓vis和補(bǔ)償信號(hào)vc_oc也將增加，從而控制晶體管144的電流增加以降低控制信號(hào)vgc，因而降低主放大器110的增益和電流。

提供了阻抗vc_z至調(diào)整電路124以補(bǔ)償vswr的變化，從而減少在不同的vswr的情況下輸出功率的變化。例如，如果阻抗vc_z增加，功率指示信號(hào)vramp被調(diào)整至更低值(即，調(diào)整后的功率指示信號(hào)vramp’減小了)，從而控制信號(hào)vgc減小，以降低主放大器110的輸出功率。

通過(guò)使用阻抗檢測(cè)器150檢測(cè)的阻抗vc_z來(lái)調(diào)整功率指示信號(hào)，在不同vswr下輸出功率的變化減小。此外，通過(guò)使用電壓鉗位電路130、電流鉗位電路140提供的補(bǔ)償，輸出信號(hào)vout的幅度和主放大器110的電流可以被限制在定義的范圍內(nèi)以防止集成電路ic損壞。。

控制器120內(nèi)的nmosm5和m6、pmosm7和m8以及可變負(fù)載rl用于控制主放大器110的輸出功率與調(diào)整后的功率指示信號(hào)vramp’具有db線性的關(guān)系。關(guān)于pmosm7和m8以及可變負(fù)載rl的操作，當(dāng)調(diào)整后的功率指示信號(hào)vramp’改變時(shí)，流經(jīng)nmosm5和m6的電流、反饋信號(hào)vfb也不斷改變，直到反饋信號(hào)vfb接近調(diào)整后功率指示信號(hào)vramp’。詳細(xì)地，pmosm7和m8用于感測(cè)主放大器110的電流，可變負(fù)載rl的電阻值基于反饋信號(hào)vfb確定，并且由于反饋信號(hào)vfb接近調(diào)整后的功率指示信號(hào)vramp’，因而可以認(rèn)為可變負(fù)載rl的電阻值由調(diào)整后的功率指示信號(hào)vramp’控制。此外，在圖2中所示的回路中，當(dāng)可變負(fù)載rl的電阻值由于調(diào)整后的功率指示信號(hào)vramp’的變化而改變時(shí)，nmosm5和m6以及主放大器110的電流也隨著可變負(fù)載rl的電阻而改變，也就是說(shuō)，主放大器110的增益隨著調(diào)整后的功率指示信號(hào)vramp’而改變。在這個(gè)實(shí)施方式中，可變負(fù)載rl旨在使電阻值與調(diào)整后的功率指示信號(hào)vramp’具有非線性關(guān)系，其中非線性關(guān)系可以是指數(shù)關(guān)系或多項(xiàng)式關(guān)系，諸如當(dāng)調(diào)整后的功率指示信號(hào)vramp’增加時(shí)可變負(fù)載rl的電阻值非線性衰減。

此外，為了防止電流感測(cè)操作影響主放大器110的輸出電壓vout，電流鉗位電路140通過(guò)使用虛擬設(shè)備(例如nmosm3和m4)感測(cè)主放大器110的電流，其中流經(jīng)虛擬設(shè)備的電流可以等于主放大器110的電流，或者流經(jīng)虛擬設(shè)備的電流可以與主放大器110的電流具有預(yù)定比率。從虛擬設(shè)備感測(cè)的電流可以用于表示主放大器110的電流。同樣，控制器120內(nèi)的pmosm7和m8也通過(guò)使用虛擬設(shè)備(例如nmosm5和m6)感測(cè)主放大器110的電流，以避免nmosm7和m8影響主放大器110的輸出電壓vout。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式用于控制主放大器110的方法的流程圖。參考圖1至圖2，流程圖描述如下：

步驟300：根據(jù)主放大器的的輸出阻抗生成控制信號(hào)來(lái)控制主放大器的增益。

步驟302：檢測(cè)輸出信號(hào)的幅度，并生成補(bǔ)償信號(hào)以調(diào)整/補(bǔ)償控制信號(hào)。

步驟304：感測(cè)主放大器的電流，并生成另一補(bǔ)償信號(hào)以調(diào)整/補(bǔ)償控制信號(hào)。

簡(jiǎn)要地，在本發(fā)明的放大器系統(tǒng)中，可以控制共源共柵(cascode)功率放大器生成具有期望的功率/電壓/電流的輸出信號(hào)vout。因此，輸出信號(hào)vout相對(duì)于vswr變化足夠穩(wěn)健。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易注意到，在保持本發(fā)明的教導(dǎo)的同時(shí)，可以對(duì)本發(fā)明的裝置和方法做出大量修改和變化。因此，上述公開內(nèi)容應(yīng)當(dāng)被理解為僅由本申請(qǐng)的權(quán)利要求的范圍限制。