專利名稱：射頻發(fā)射機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻發(fā)射機(jī)，具體涉及一種包含用于放大輸入信號(hào)的 開(kāi)關(guān)模式功率放大器的射頻發(fā)射機(jī)，以及一種在這種射頻發(fā)射機(jī)中放 大輸入信號(hào)的方法。
背景技術(shù)：
移動(dòng)通信的基站(BS)中的功率放大器的效率至關(guān)重要低效的 功率放大器由于較高的能耗而增加了操作成本，并且增加了用于對(duì)設(shè) 備進(jìn)行冷卻和通風(fēng)以及用于較強(qiáng)供電的資金成本。低效導(dǎo)致了部件的 操作溫度增高，并且導(dǎo)致了過(guò)早的部件故障。
目前用于基站的功率放大器是模擬功率放大器。在CDMA 2000 和UMTS之類的移動(dòng)通信系統(tǒng)中使用的模擬信號(hào)結(jié)構(gòu)的特性在于其 不僅需要較高的小型動(dòng)態(tài)范圍，還需要大約6 dB到11 dB的回退
(back-off) (CDMA=碼分多址；UMTS =通用移動(dòng)電信系統(tǒng))。 如果使用LDMOS晶體管之類的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，則只有通過(guò)犧牲效率才能 實(shí)現(xiàn)這些要求(LDMOS =橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體)。
開(kāi)關(guān)模式功率放大器是一種電子放大器，其中，有源器件在開(kāi)/ 關(guān)模式下操作(也即，作為開(kāi)關(guān)來(lái)操作)。在圖1中示出了開(kāi)關(guān)模式 功率放大器的典型設(shè)置。與模擬放大器不同，開(kāi)關(guān)模式功率放大器是 由方波脈沖輸入信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)的。使用晶體管的開(kāi)關(guān)模式功率放大器
(也稱為S類放大器)的效率取決于晶體管的切換速度以及用來(lái)驅(qū)動(dòng) 晶體管的脈沖序列的形式。數(shù)字信號(hào)生成器DSG生成差分模式的矩形脈沖比特流信號(hào)SDSG。 這里，對(duì)放大器的數(shù)字低功率輸入信號(hào)Sdsg屬于"Delta-Sigma調(diào)制" 類型。這種信號(hào)是持續(xù)時(shí)間為tp的倍數(shù)的脈沖序列。此信號(hào)驅(qū)動(dòng)兩個(gè) 功率晶體管p丁a和PTb，其被布置為互補(bǔ)MOSFET( = CMOS; MOSFET =金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)。通常，CMOS是在同一芯片上 利用p溝道MOSFET PTa和n溝道MOSFET PTb設(shè)計(jì)的。圖1中所示 的晶體管配置是反相電路，其是CMOS邏輯門(mén)的基本部件。在任意 時(shí)刻只有一個(gè)晶體管為"開(kāi)"，但是由于另一晶體管為"關(guān)"，沒(méi)有 電流可以在靜態(tài)條件下流動(dòng)。電流僅在切換期間流動(dòng)，并且該組合由 此具有非常低的輸入耗用功率。然而，這也意味著電流隨著時(shí)鐘速度
而增大。
脈沖比特流信號(hào)SosG被饋送到MOSFET晶體管PTa、 PTb的柵極 G。p溝道MOSFET PTa的漏極D連接至電壓V+， n溝道MOSFET PTb 的源極S連接至大地。這些晶體管充當(dāng)開(kāi)關(guān)，并且在理想情況下被簡(jiǎn) 單地"打開(kāi)"和"關(guān)閉"，以放大數(shù)字信號(hào)。在放大器的輸出處，重 建濾波器RCF將經(jīng)過(guò)放大的矩形脈沖輸出信號(hào)S。ut轉(zhuǎn)換回模擬高功率 輸出信號(hào)Sanal。g。重建濾波器RCF可以包括低通濾波器。
例^口 Shawn P. Stapleton的"High Efficiency RF Power Amplifiers Using Bandpass Delta-Sigma Modulators", Design Seminar, Agilent Technologies, Inc., Santa Rosa (California), USA, pp. 1-22提供了對(duì)使 用帶通Ddta-Sigma調(diào)制器的射頻功率放大器的操作的深入研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改進(jìn)射頻范圍內(nèi)的開(kāi)關(guān)模式功率放大器的效率。 本發(fā)明的目的是通過(guò)一種射頻發(fā)射機(jī)實(shí)現(xiàn)的，該發(fā)射機(jī)包括具 有生成單元的數(shù)字信號(hào)生成器，其適于生成脈沖比特流信號(hào)；以及具 有晶體管電路的開(kāi)關(guān)模式射頻功率放大器，其適于放大輸入信號(hào)，而 數(shù)字信號(hào)生成器還包括控制單元，其適于在所述脈沖比特流信號(hào)中檢 測(cè)比預(yù)定閾值長(zhǎng)的恒定信號(hào)高度的序列，以及在檢測(cè)到所述序列時(shí)通過(guò)在所述序列中插入一個(gè)或多個(gè)陷波(notch )來(lái)生成》務(wù)正月永沖比特流 信號(hào)，所述陷波通過(guò)信號(hào)高度不同于該序列的信號(hào)高度的信號(hào)打斷所 述序列，并且該射頻發(fā)射機(jī)還包括連接裝置，其適于將所述修正脈沖 比特流信號(hào)作為輸入信號(hào)提供給所述晶體管電路。本發(fā)明的目的還由 一種在射頻發(fā)射機(jī)中放大輸入信號(hào)的方法實(shí)現(xiàn)，該射頻發(fā)射機(jī)包括 具有晶體管電路的開(kāi)關(guān)模式射頻功率放大器，所述方法包括步驟在 脈沖比特流信號(hào)中檢測(cè)比預(yù)定閾值長(zhǎng)的恒定信號(hào)高度的序列；在檢測(cè) 到所述序列時(shí)，通過(guò)在所述序列中插入一個(gè)或多個(gè)陷波來(lái)生成修正脈 沖比特流信號(hào)，所述陷波通過(guò)信號(hào)高度不同于該序列的信號(hào)高度的信 號(hào)來(lái)打斷所述序列；以及將所述修正脈沖比特流信號(hào)作為輸入信號(hào)提 供給所述晶體管電路。
為此描述的目的，開(kāi)關(guān)模式射頻功率放大器是適于放大射頻信號(hào) 的開(kāi)關(guān)模式功率放大器。此外，術(shù)語(yǔ)"數(shù)字信號(hào)生成器"包括具有生 成單元的信號(hào)生成器，其適于生成脈沖比特流信號(hào)，該信號(hào)關(guān)于比特 流信號(hào)的值(也即，信號(hào)高度)是離散的，并且關(guān)于時(shí)間是離散的。 然而，術(shù)語(yǔ)"數(shù)字信號(hào)生成器"還可以包括半數(shù)字生成器，也即，具 有生成單元的信號(hào)生成器，其適于生成脈沖比特流信號(hào)，該信號(hào)關(guān)于 比特流信號(hào)的值(也即，信號(hào)高度)是離散的，而關(guān)于時(shí)間是連續(xù)的。 在本發(fā)明的框架內(nèi)，產(chǎn)生非時(shí)間離散信號(hào)的這種半數(shù)字生成器可能特 別有利。
本發(fā)明解決了在射頻范圍內(nèi)與開(kāi)關(guān)模式功率放大器的使用相關(guān) 聯(lián)的問(wèn)題。已經(jīng)在尋找用于基站的RF信號(hào)放大的新方法。新型的半 導(dǎo)體一GaN晶體管開(kāi)始商用，并且將越來(lái)越多地用于傳統(tǒng)的線性功率 放大器(GaN-氮化鎵)。GaN晶體管可以并且也將會(huì)在開(kāi)關(guān)模式功 率放大器中使用。此類放大器是公知的，但是尚未用于基站中的功率 放大器，因?yàn)槠渌璧那袚Q頻率對(duì)于目前的LDMOS晶體管而言太高 了。這種情況是因?yàn)閿?shù)字輸入信號(hào)需要RF載波頻率的2倍到4倍的 過(guò)采樣率，導(dǎo)致了 CDMA和UMTS之類的移動(dòng)通信系統(tǒng)的超過(guò)8 GHz 的切換速率(RF=射頻)。使用新的、現(xiàn)在出現(xiàn)的高功率GaN晶體管將使得有可能構(gòu)建用于這種頻率范圍和應(yīng)用的開(kāi)關(guān)模式功率放大器。
在圖2中，示出了用于S類放大器的、經(jīng)過(guò)Delta-Sigma調(diào)制的 UMTS輸入信號(hào)的序列。圖2給出了作為時(shí)間(以iis為單位)的函
數(shù)的輸入信號(hào)電壓Uin(以伏特為單位)。輸入信號(hào)是持續(xù)時(shí)間為時(shí)
間單位tp的倍數(shù)的脈沖序列。時(shí)間單位tp構(gòu)成了輸入信號(hào)的構(gòu)建塊。 該信號(hào)的不同部分包含不同的頻譜分量。高、低信號(hào)電平之間的頻繁 改變包含高頻譜分量HF，而具有相同振幅的長(zhǎng)序列包含較多的低頻 譜分量LF。
已經(jīng)示出晶體管的操作狀態(tài)取決于其操作所處的頻率范圍。相 同振幅的輸入脈沖的長(zhǎng)序列LF導(dǎo)致輸入信號(hào)的低頻譜分量，這導(dǎo)致 效率的下降，因?yàn)榉糯笃鞯牟僮鼽c(diǎn)相對(duì)于高頻處的操作點(diǎn)發(fā)生了改
變
作為示例，圖3示出了 GaN晶體管的漏源電流IDS,其作為施加 到低頻輸入信號(hào)(實(shí)線)和高頻輸入信號(hào)(虛線)的漏源電壓Uds的
函數(shù)，其中，低頻/高頻輸入信號(hào)的每一個(gè)與不同的柵源電壓ugs相關(guān)
聯(lián)。對(duì)于低頻信號(hào)和高頻信號(hào)二者，在漏源電壓Uos的給定值處，與 具有較大漏源電流IDS的輸入信號(hào)相比，具有較小漏源電流IDS的輸入 信號(hào)與較小的柵源電壓ugs相關(guān)聯(lián)。漏源電流Ios的單位是安培，柵 源電壓Ugs的羊位是伏特。圖3示出了在甚低頻率而不是高頻率進(jìn)行 操作的情況下晶體管的改變特性。該效應(yīng)稱為"低頻分散"。很明顯， 經(jīng)過(guò)Delta-Sigma調(diào)制的信號(hào)固有地導(dǎo)致晶體管中的低頻分散，這是 因?yàn)槠浒皖l譜分量以及高頻譜分量。
本發(fā)明通過(guò)按照以下方法改變經(jīng)過(guò)Delta-Sigma調(diào)制的輸入信號(hào) 來(lái)解決"低頻分散"問(wèn)題如果序列長(zhǎng)度超過(guò)了預(yù)定的值，則截?cái)嗤?一信號(hào)電平的序列。通過(guò)在輸入信號(hào)中的相同振幅的長(zhǎng)信號(hào)序列中插 入短陷波/脈沖，降低了輸入信號(hào)的非常低的頻譜分量。由此，通過(guò)利 用短脈沖對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行交織或者陷波，GaN晶體管中的分散效應(yīng)得 以最小化或者避免。優(yōu)選地，選擇用于插入到輸入信號(hào)中的陷波的持續(xù)時(shí)間，使得陷 波影響晶體管電路，但是無(wú)法通過(guò)開(kāi)關(guān)模式射頻功率放大器之后的重 建濾波器RCF。該效果是通過(guò)生成足夠短的陷波來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如果將陷
波選擇的非常短使其無(wú)法通過(guò)重建濾波器RCF,則陷波無(wú)法影響重建 濾波器RCF的模擬輸出信號(hào)。優(yōu)選地，重建濾波器RCF包含低通濾 波器，以阻止陷波通過(guò)重建濾波器RCF。 陷波可以通過(guò)兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)
a) 數(shù)字陷波通過(guò)數(shù)字信號(hào)生成器中的數(shù)字信號(hào)處理，其中所述 數(shù)字信號(hào)生成器生成驅(qū)動(dòng)SMPA的數(shù)字信號(hào)；
b) 數(shù)字/模擬陷波通過(guò)在PA晶體管的信號(hào)輸入處(例如，在 MOSFET的柵極處)實(shí)現(xiàn)陷波電路(PA二功率放大器)。
使用哪種陷波方案取決于調(diào)制方案以及數(shù)字信號(hào)生成器的能力 和傳輸所使用的糾錯(cuò)的能力。
本發(fā)明有兩個(gè)主要方面。首先，其表示了一種分別對(duì)開(kāi)關(guān)模式功 率放大器的數(shù)字信號(hào)和混合的數(shù)字/模擬信號(hào)執(zhí)行預(yù)失真的快速、低成 本、自適應(yīng)的方法。第二，其支持高效開(kāi)關(guān)模式功率放大器的實(shí)現(xiàn)， 所述放大器能夠經(jīng)受低頻分散效應(yīng)，而無(wú)需數(shù)字信號(hào)生成器中的較快 采樣速率。
本發(fā)明克服了在開(kāi)關(guān)模式功率放大器由經(jīng)過(guò)Ddta-Sigma調(diào)制的 信號(hào)驅(qū)動(dòng)時(shí)其中的低頻分散效應(yīng)。此外，本發(fā)明利用了數(shù)字信號(hào)生成 器生成的信號(hào)的有關(guān)知識(shí)，并且使用此知識(shí)來(lái)避免輸入信號(hào)中的長(zhǎng)序列。
本發(fā)明得到了用于此預(yù)失真實(shí)現(xiàn)的最小化電路。而且，本發(fā)明允 許該方法具有分別有效適應(yīng)于不同類型的功率放大器和晶體管的高 自由度。此外，本發(fā)明應(yīng)用了混合數(shù)字/模擬方法數(shù)字域中對(duì)輸入信 號(hào)的容易控制，以及模擬技術(shù)中對(duì)陷波電路的快速、低廉和容易的實(shí)現(xiàn)。
其他優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)從屬權(quán)利要求所指明的本發(fā)明的實(shí)施方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，當(dāng)檢測(cè)到所述序列時(shí)，控制單 元觸發(fā)生成器單元來(lái)插入所述一個(gè)或多個(gè)陷波。為了插入所述一個(gè)或 多個(gè)陷波，生成器單元在該序列內(nèi)數(shù)字化地創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)信號(hào)高度 間斷。信號(hào)高度間斷可以由明顯高于或者低于該序列信號(hào)高度的信號(hào) 電平構(gòu)成。通過(guò)將一個(gè)或多個(gè)陷波插入到序列中，從生成器單元最初 創(chuàng)建的脈沖比特流中創(chuàng)建修正脈沖比特流信號(hào)。在生成修正脈沖比特 流信號(hào)之后，控制單元經(jīng)由連接裝置將該修正脈沖比特流信號(hào)發(fā)送至
開(kāi)關(guān)模式功率放大器的晶體管電路。本實(shí)施方式與上述陷波方法a)
"數(shù)字陷波"相關(guān)聯(lián)。連接裝置可以是電子設(shè)備中所使用的導(dǎo)電通路 或者電子電路(導(dǎo)線、纜線、條形導(dǎo)線、印刷電路板軌跡，等等)。
根據(jù)本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施方式，當(dāng)檢測(cè)到所述序列時(shí)，控制單 元啟動(dòng)觸發(fā)信號(hào)的生成。連接裝置包括切換元件。切換元件可以是充 當(dāng)連接裝置的印刷電路板軌跡的組成部分。切換裝置由用于插入所述 陷波的觸發(fā)信號(hào)來(lái)控制。優(yōu)選地，將生成的觸發(fā)信號(hào)發(fā)送給作為連接 裝置一部分的切換元件。切換元件適于接收所述觸發(fā)信號(hào)。當(dāng)切換元 件接收到觸發(fā)信號(hào)時(shí)，其執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)切換，所述切換導(dǎo)致所述陷
波的插入。本實(shí)施方式與上述陷波方法b)"數(shù)字/模擬陷波"相關(guān)聯(lián)。 本實(shí)施方式具有如下優(yōu)點(diǎn)其允許陷波更為靈活的定時(shí)，以及陷 波的自由成形。這取決于切換元件的能力。本實(shí)施方式允許對(duì)陷波進(jìn) 行放置和成形，使得模擬信號(hào)輸出中的誤差最小化。本實(shí)施方式將數(shù) 字信號(hào)處理方法與模擬電路相結(jié)合，以便對(duì)開(kāi)關(guān)模式功率放大器的數(shù) 字輸入信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真，從而減小低頻分散效應(yīng)，并且因此放大器的 效率不會(huì)降低。
切換元件可以是第二晶體管，其適于接收所述觸發(fā)信號(hào)，并且被 所述觸發(fā)信號(hào)的接收觸發(fā)而對(duì)晶體管電路進(jìn)行切換，以生成所述一個(gè) 或多個(gè)陷波。第二晶體管可以適于被所述觸發(fā)信號(hào)的接收觸發(fā)而將晶 體管電路的柵極切換到不同的電勢(shì)，以生成所述一個(gè)或多個(gè)陷波。優(yōu) 選地，與開(kāi)關(guān)模式功率放大器的晶體管電路中使用的晶體管相比，所 述第二晶體管更小、更快。該第二晶體管無(wú)需切換高電流，并且因此可以非常之快。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，在檢測(cè)到所述序列時(shí)，控制單元觸發(fā)數(shù) 字信號(hào)生成器，以生成指示信號(hào)，所述指示信號(hào)以信號(hào)通知所檢測(cè)序 列的開(kāi)始和持續(xù)時(shí)間。優(yōu)選地，如果沒(méi)有檢測(cè)到序列，指示信號(hào)的信 號(hào)高度位于第一電平(例如，位于零)。如果檢測(cè)到了序列，指示信 號(hào)在該序列的開(kāi)始處從第一電平跳躍到第二電平(例如，非零的信號(hào) 高度)。指示信號(hào)停留在第二電平直到該序列結(jié)束，繼而跳回到第一 電平。
控制單元觸發(fā)將所生成的指示信號(hào)經(jīng)由連接裝置發(fā)送至脈沖生 成器。被所述指示信號(hào)所觸發(fā)，脈沖生成器生成一個(gè)或多個(gè)脈沖作為 觸發(fā)信號(hào)。如上所述，觸發(fā)信號(hào)(也即， 一個(gè)或多個(gè)脈沖)被發(fā)送至 作為連接裝置一部分的切換元件。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式，射頻發(fā)射機(jī)包括延遲單元。在 所生成的觸發(fā)信號(hào)到達(dá)切換元件之前對(duì)其進(jìn)行延遲，使得所述陷波的 插入在預(yù)定的時(shí)間發(fā)生。這可以用來(lái)優(yōu)化序列內(nèi)的陷波的時(shí)序。
優(yōu)選地，所述 一 個(gè)或多個(gè)陷波的持續(xù)時(shí)間比脈沖比特流信號(hào)的脈 沖持續(xù)時(shí)間短。
根據(jù)本發(fā)明的另 一 優(yōu)選實(shí)施方式，晶體管電路包括 一 個(gè)或多個(gè)氮
化鎵晶體管。晶體管電路例如可以包括由GaN晶體管制成的電路。
優(yōu)選地，控制單元適于對(duì)在所需序列中插入所述一個(gè)或多個(gè)陷波 進(jìn)行補(bǔ)償，通過(guò)下述方式實(shí)現(xiàn)觸發(fā)脈沖比特流信號(hào)的相應(yīng)擴(kuò)展，從 而保留脈沖比特流信號(hào)的總體內(nèi)能(energy content)。每個(gè)插入的陷 波都會(huì)降低脈沖比特流信號(hào)的內(nèi)能。因此，通過(guò)將內(nèi)能與陷波所"切 掉，，(移除)的內(nèi)能等同的信號(hào)附加在例如序列的末端，可以使內(nèi)能
回到其初始值。
控制單元還可以根據(jù)開(kāi)關(guān)模式功率放大器的類型來(lái)控制 一個(gè)或 多個(gè)陷波的形狀。根據(jù)各種功率晶體管類型，陷波可以是矩形形狀， 或者任何其他形狀，這取決于哪種形狀能最好地達(dá)到目的。陷波不一 定必須達(dá)到零，而是可以達(dá)到實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果所需的任何其他電平。陷波的長(zhǎng)度可以真有任意的持續(xù)時(shí)間。


通過(guò)結(jié)合附圖閱讀下文對(duì)目前的優(yōu)選示例性實(shí)施方式的詳細(xì)描
述，將可以理解本發(fā)明的這些以及其他特征和優(yōu)點(diǎn)，其中
圖1示出了開(kāi)關(guān)模式功率放大器的典型設(shè)置；
圖2示出了用于S類i文大器的、經(jīng)過(guò)Delta-Sigma調(diào)制的UMTS 輸入信號(hào)的序列；
圖3示出了 GaN晶體管的漏源電 其為漏源電壓Uds的函
數(shù)；
圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的射頻發(fā)射機(jī)的框圖5a是由數(shù)字信號(hào)生成器最初生成的脈沖比特流信號(hào)的示圖5b是包含兩個(gè)陷波的修正脈沖比特流信號(hào)的示圖6是由數(shù)字信號(hào)生成器最初生成的脈沖比特流信號(hào)，以及包含
不同形狀的陷波的兩個(gè)修正脈沖比特流信號(hào)的示圖7是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的射頻發(fā)射機(jī)的框圖8是由數(shù)字信號(hào)生成器最初生成的脈沖比特流信號(hào)、指示信
號(hào)，以及由脈沖生成器生成的脈沖的示圖；以及
圖9a-9b分別是不具有和具有陷波的經(jīng)過(guò)Delta-Sigma調(diào)制的
UMTS信號(hào)的序列。
具體實(shí)施例方式
圖4示出了射頻發(fā)射機(jī)RFT,其包含具有生成單元GU和控制單 元CU的數(shù)字信號(hào)生成器DSG。該射頻發(fā)射機(jī)RFT還包括具有晶體 管電路PT的開(kāi)關(guān)模式功率放大器SMPA，以及連接裝置CM。
控制單元CU包括一個(gè)或多個(gè)互連的計(jì)算機(jī)，也即，硬件平臺(tái)、 基于硬件平臺(tái)的軟件平臺(tái)、以及由該軟件和硬件平臺(tái)形成的系統(tǒng)平 臺(tái)來(lái)執(zhí)行的多個(gè)應(yīng)用程序。通過(guò)執(zhí)行這些應(yīng)用程序來(lái)提供控制單元 CU的功能。當(dāng)在系統(tǒng)平臺(tái)上執(zhí)行時(shí)，應(yīng)用程序或者這些應(yīng)用程序的
選定部分構(gòu)成了提供如下所述的控制服務(wù)的計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品。此外， 這種計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品包含存儲(chǔ)這些應(yīng)用程序或者應(yīng)用程序的所述選
定部分的存儲(chǔ)介質(zhì)。
射頻發(fā)射機(jī)RFT接收射頻信號(hào)輸入SRF，in,并將射頻信號(hào)輸入SRF,in 饋送至數(shù)字信號(hào)生成器DSG。射頻信號(hào)輸入SRF,in可以包括模擬信號(hào)或者數(shù)字信號(hào)。生成器單元GU將射頻信號(hào)輸入SRF，in轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈 沖比特流信號(hào)SDSG。控制單元CU監(jiān)控由生成器單元GU生成的數(shù)字 脈沖比特流信號(hào)SDSG。對(duì)數(shù)字脈沖比特流信號(hào)SosG的監(jiān)控可以這樣
來(lái)實(shí)現(xiàn)延遲脈沖比特流信號(hào)SosG—段短時(shí)間(~ps),并且在此時(shí) 間段內(nèi)對(duì)信號(hào)Sdsc迸行分析。如果控制單元CU檢測(cè)到比預(yù)定閾值長(zhǎng) 的恒定信號(hào)高度的序列，控制單元觸發(fā)生成器單元GU,以將至少一 個(gè)陷波插入該序列。典型的閾值可以是10個(gè)采樣單元，也即10xtp。 通過(guò)在所述序列中插入一個(gè)或多個(gè)陷波，由數(shù)字脈沖比特流信號(hào)SDSG 生成了修正脈沖比特流信號(hào)Sm。d。
修正脈沖比特流Sm。d經(jīng)由連接裝置CM從數(shù)字信號(hào)生成器DSG 傳送至開(kāi)關(guān)模式功率放大器SMPA。將修正脈沖比特流Sm。d施加到晶 體管電路PT以便放大。在其放大之后，將經(jīng)過(guò)放大的脈沖比特流信 號(hào)饋送至重建濾波器RCF,在此，由經(jīng)過(guò)放大的脈沖比特流信號(hào)生成 模擬信號(hào)。該模擬信號(hào)離開(kāi)射頻發(fā)射機(jī)RFT,作為模擬射頻信號(hào)輸出
Srf，ouI。
圖5a示出了作為時(shí)間t的函數(shù)的、由生成器單元GU生成的數(shù)字 脈沖比特流信號(hào)SDSG。脈沖比特流信號(hào)SDSG的構(gòu)建塊是具有持續(xù)時(shí) 間tp和信號(hào)高度SH的矩形信號(hào)比特。因此，脈沖比特流信號(hào)Sdsg在 零和信號(hào)高度SH翻轉(zhuǎn)。首先，脈沖比特流信號(hào)SosG示出了具有持續(xù) 時(shí)間為tp且信號(hào)高度為SH的第一序列51。在該序列51之后，存在 持續(xù)時(shí)間為2xtp的零信號(hào)的暫停。在此暫停之后，脈沖比特流信號(hào) Sdsg示出了具有持續(xù)時(shí)間為2xtp且信號(hào)高度為SH的第二序列52。在 該序列52之后，存在持續(xù)時(shí)間為tp的零信號(hào)的暫停。在該暫停之后， 脈沖比特流信號(hào)Sdsg示出了具有持續(xù)時(shí)間至少為9xtp且信號(hào)高度為 SH的第三序列53。
假設(shè)，射頻發(fā)射機(jī)RFT的操作者具有預(yù)設(shè)的閾值5xtp?？刂茊卧?br> CU持續(xù)地監(jiān)控?cái)?shù)字脈沖比特流信號(hào)SDSG,并且將序列51、 52、 53 的持續(xù)時(shí)間與預(yù)設(shè)的闊值進(jìn)行比較。當(dāng)檢測(cè)到第三序列53的持續(xù)時(shí) 間在預(yù)設(shè)閾值之上時(shí)，控制單元CU觸發(fā)生成器單元GU,以便通過(guò)向第三序列53中插入兩個(gè)陷波531和532來(lái)修改脈沖比特流信號(hào) SDSG,由此生成修正脈沖比特流信號(hào)Sm。d。
圖5b示出了作為時(shí)間t的函數(shù)的、由生成器單元GU生成的修正
脈沖比特流信號(hào)Sm。d。在修正脈沖比特流信號(hào)Sm。d中，已經(jīng)通過(guò)插入
兩個(gè)陷波531和532對(duì)第三序列53進(jìn)行了修改。陷波531和532的 信號(hào)高度SHn他h明顯小于第三序列53的信號(hào)高度SH,但是大于零信 號(hào)。每個(gè)陷波531和532具有持續(xù)時(shí)間tn, tn < tp。如果陷波531和 532的沿不是垂直的，則可以將陷波531和532的持續(xù)時(shí)間t。定義為 與陷波531和532相關(guān)i[關(guān)的幾何值或者分析值。例如，可以^^用FWHM 值，其中，可以在序列的信號(hào)高度SH與陷波531和532的信號(hào)高度 SHn。teh之間測(cè)量陷波531和532的最大值(FWHM =半最大值全寬度)。 圖6a示出了作為時(shí)間t的函數(shù)的、由生成器單元GU生成的數(shù)字 脈沖比特流信號(hào)SDSG。圖6b示出了作為時(shí)間t的函數(shù)的、從對(duì)圖6a 中所示的數(shù)字脈沖比特流信號(hào)SDSG的修改而獲得的第一修正脈沖比 特流信號(hào)S咖cu。圖6c示出了作為時(shí)間t的函數(shù)的、從對(duì)圖6a中所示 的數(shù)字脈沖比特流信號(hào)SDSG的修改而獲得的第二修正脈沖比特流信
如果數(shù)字信號(hào)生成器DSG感知到了長(zhǎng)的"高"信號(hào)序列63,其 根據(jù)序列的長(zhǎng)度向比特流中插入持續(xù)時(shí)間為tn的"低"脈沖(陷波 631b、 632b、 631c、 632c)。這當(dāng)然會(huì)導(dǎo)致輸出信號(hào)中的誤差。該誤 差的嚴(yán)重程度取決于調(diào)制方案以及數(shù)字信號(hào)的過(guò)采樣率過(guò)采樣率越 高，陷波越短，因此其影響將越小。影響或者其糾正高度依賴于所使 用的通信系統(tǒng)。按照"高"序列63的長(zhǎng)度，輸出信號(hào)中的可接受誤 差以及晶體管電路pt的速度，數(shù)字信號(hào)生成器dsg可以生成不同寬 度和比率的"低"陷波。圖6b示出了持續(xù)時(shí)間tn二tp的陷波631b、 632b，
其中tp是脈沖比特流信號(hào)SosG的構(gòu)建塊的持續(xù)時(shí)間(也即，脈沖比特
流信號(hào)SDsc的脈沖長(zhǎng)度)。圖6c示出了持續(xù)時(shí)間tn=l/2 tp的陷波631c、 632c。
如果持續(xù)時(shí)間為11^^(111=[1,2，3...])的陷波631、 632變得過(guò)長(zhǎng)，輸出信號(hào)中的誤差將過(guò)大，所以將需要較高的過(guò)采樣率來(lái)降低陷波寬 度tn。這需要比較快、由此比較昂貴的數(shù)字信號(hào)生成器DSG以及較
快的晶體管電路PT。
圖7示出了射頻發(fā)射機(jī)RFT的另一實(shí)施方式，其與上述陷波方法 b)"數(shù)字/模擬陷波"相關(guān)聯(lián)。射頻發(fā)射機(jī)RFT包含具有生成器單元 GU和控制單元CU的數(shù)字信號(hào)生成器DSG、脈沖生成器PG、延遲線 Ld、切換元件TN、以及作為開(kāi)關(guān)模式功率放大器的晶體管電路的功 率晶體管PT。類似于僅僅"數(shù)字陷波"的方法a)，數(shù)字信號(hào)生成器 DSG的控制單元CU識(shí)別生成器單元GU的輸出中的(也即脈沖比特 流信號(hào)Sdsc中的)長(zhǎng)的"高"信號(hào)序列。當(dāng)檢測(cè)到超過(guò)預(yù)定閾值的序 列時(shí)，控制單元CU觸發(fā)生成器單元GU,以額外生成指示信號(hào)Si, 其被用作插入陷波的指示。這利用了數(shù)字信號(hào)生成器DSG關(guān)于所生
成的信號(hào)SDSG的知識(shí)。
指示信號(hào)Sj由數(shù)字信號(hào)生成器DSG生成，作為"間隙插入觸發(fā)" 信號(hào)。該信號(hào)使得脈沖生成器PG(例如，階躍恢復(fù)二極管)生成快 速脈沖Sn。在觸發(fā)切換元件TN (在此由晶體管實(shí)現(xiàn))之前，例如通 過(guò)延遲線Ld對(duì)觸發(fā)脈沖Sn進(jìn)行延遲。每個(gè)觸發(fā)脈沖Sn觸發(fā)第二、較 小且較快的晶體管TN,以便將功率晶體管PT的柵極G切換至電勢(shì) GRD，也即所謂的柵極G的下拉。電勢(shì)GRD可以是地電勢(shì)(接地)。 可選地，電勢(shì)GRD可以是任何其他電勢(shì)。
通過(guò)該柵極G的下拉將陷波插入到數(shù)字信號(hào)生成器DSG的輸出 信號(hào)Sdsg中。這個(gè)小的下拉晶體管TN不必一定切換高電流，因此可 以非常之快。這些下拉的持續(xù)時(shí)間可以是非常短的持續(xù)時(shí)間tn<tp。
通過(guò)選擇電勢(shì)GRD，可以調(diào)節(jié)陷波的信號(hào)高度SHn。tch。優(yōu)選地， 選擇電勢(shì)GRD，使得結(jié)果信號(hào)高度SHn。礎(chǔ)符合最優(yōu)信號(hào)預(yù)失真(在 不希望的信號(hào)失真和預(yù)期的陷波效果之間進(jìn)行優(yōu)化)，例如以避免低 頻分散。
圖8a示出了作為時(shí)間t的函數(shù)的、由生成器單元GU生成的數(shù)字 脈沖比特流信號(hào)SDSG。數(shù)字脈沖比特流信號(hào)SDSG包括超過(guò)預(yù)設(shè)長(zhǎng)度閾值的序列83。圖8b示出了作為時(shí)間t的函數(shù)的、由數(shù)字信號(hào)生成 器DSG生成的指示信號(hào)Sj。圖8c示出了作為時(shí)間t的函數(shù)的、由脈 沖生成器PG生成的三個(gè)脈沖Sn、Sn2、 Sn3。
將指示信號(hào)Sj定時(shí)為在序列83開(kāi)始的時(shí)刻被設(shè)置。由指示信號(hào) Si觸發(fā)，脈沖生成器PG生成持續(xù)時(shí)間為tn的三個(gè)脈沖Snl、 Sn2、 Sn3。 延遲線Ld對(duì)觸發(fā)脈沖Sn進(jìn)行延遲，使得功率晶體管PT的柵極G的 下拉在長(zhǎng)序列SDSG中的特定時(shí)間發(fā)生。可以使用該延遲機(jī)制來(lái)優(yōu)化序 列83內(nèi)陷波的時(shí)序。通過(guò)改變脈沖重復(fù)頻率以及通過(guò)對(duì)陷波的寬度 和深度進(jìn)行成形，可以將陷波優(yōu)化為實(shí)現(xiàn)相對(duì)于最小輸出信號(hào)失真的 最佳效率，這例如通過(guò)使用經(jīng)過(guò)高斯成形的陷波實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槠渚哂凶?低的可能時(shí)間帶寬積。
圖9示出了在電路仿真器中生成的以下仿真結(jié)果中的概念效果 在圖9a中，示出了經(jīng)過(guò)Delta-Sigma調(diào)制的UMTS信號(hào)Uj的序列。 將信號(hào)Ui (單位為伏特)示為時(shí)間(單位為ps)的函數(shù)。將該信號(hào) Uj施加到包含GaNHEMT晶體管模型的開(kāi)關(guān)模式放大器(HEMT-高 電子遷移率晶體管)。施加到放大器的DC功率是15.596 W,并且模 擬RF輸出功率為1.136W,得到7.287%的效率。
在圖9a中，示出了經(jīng)過(guò)Delta-Sigma調(diào)制的UMTS信號(hào)Umod的 序列。將信號(hào)Um。d (單位為伏特)示為時(shí)間(單位為(lis)的函數(shù)。經(jīng) 過(guò)調(diào)制的UMTS信號(hào)Um。d是按照如下方式從圖9a中所示的UMTS 信號(hào)Ui生成的在t=0.0002(is和t=0.0102|is之間在長(zhǎng)的"低"序列 中交織持續(xù)時(shí)間為tp/2的脈沖/陷波90。與前述情況相同，將該信號(hào) U,d施加到包含GaN HEMT晶體管模型的開(kāi)關(guān)模式放大器。所施加 的DC功率是16.449 W,并且模擬RF輸出功率增加到1.663 W，得 到10.11%的效率。
如圖9a和圖9b之間的對(duì)比所示，通過(guò)插入陷波90,效率增加到 1.387倍。這示出了所提出的發(fā)明對(duì)于開(kāi)關(guān)模式功率放大器的效率的
顯著影響。
權(quán)利要求
1. 一種射頻發(fā)射機(jī)，包括具有生成單元的數(shù)字信號(hào)生成器，其適于生成脈沖比特流信號(hào)；以及具有晶體管電路的開(kāi)關(guān)模式射頻功率放大器，其適于放大輸入信號(hào)，其中，所述數(shù)字信號(hào)生成器還包括控制單元，其適于在所述脈沖比特流信號(hào)中檢測(cè)比預(yù)定閾值長(zhǎng)的恒定信號(hào)高度的序列，以及在檢測(cè)到所述序列時(shí)，通過(guò)在所述序列中插入一個(gè)或多個(gè)陷波來(lái)生成修正脈沖比特流信號(hào)，所述陷波通過(guò)信號(hào)高度不同于所述序列的所述信號(hào)高度的信號(hào)來(lái)打斷所述序列，以及所述射頻發(fā)射機(jī)還包括連接裝置，其適于將所述修正脈沖比特流信號(hào)作為輸入信號(hào)提供給所述晶體管電路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻發(fā)射機(jī)，其中，所述控制單元還適于在檢測(cè)到所述序列時(shí)觸發(fā)所述生成器 單元，以便通過(guò)在所述序列中生成一個(gè)或多個(gè)信號(hào)高度間斷來(lái)插入所 述 一 個(gè)或多個(gè)陷波，以及經(jīng)由所述連接裝置將所述修正脈沖比特流信 號(hào)作為輸入信號(hào)發(fā)送給所述晶體管電路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻發(fā)射機(jī)，其中，所述控制單元還適于在檢測(cè)到所述序列時(shí)生成觸發(fā)信號(hào)，以及所述連接裝置包括由所述觸發(fā)信號(hào)控制的切換元件，以用于插入 所述陷波。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的射頻發(fā)射機(jī)，其中，所述控制單元還適于在檢測(cè)到所述序列時(shí)觸發(fā)所述數(shù)字信 號(hào)生成器，以生成用于指示所述序列的指示信號(hào)，以及所述射頻發(fā)射機(jī)還包括脈沖生成器，其適于由所述指示信號(hào)觸發(fā) 而生成一個(gè)或多個(gè)脈沖作為所述觸發(fā)信號(hào)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的射頻發(fā)射機(jī)，其中，所述射頻發(fā)射機(jī)還包括延遲單元，其適于延遲所生成的觸發(fā)信號(hào)，使得所述陷波的插入在預(yù)定的時(shí)間發(fā)生。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的射頻發(fā)射機(jī)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)陷波的持續(xù)時(shí)間比所述脈沖比特流信號(hào)的 脈沖持續(xù)時(shí)間短。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻發(fā)射機(jī)，其中，所述晶體管電路包括一個(gè)或多個(gè)氮化鎵晶體管。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻發(fā)射機(jī)，其中，所述控制單元還適于通過(guò)觸發(fā)所述脈沖比特流信號(hào)的相應(yīng) 擴(kuò)展來(lái)補(bǔ)償所述一個(gè)或多個(gè)陷波的插入，從而保留所述脈沖比特流信 號(hào)的總體內(nèi)能。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻發(fā)射機(jī)，其中，所述控制單元還適于根據(jù)所述開(kāi)關(guān)模式功率放大器的類型 來(lái)控制所述 一 個(gè)或多個(gè)陷波的形狀。
10. —種在射頻發(fā)射機(jī)中放大輸入信號(hào)的方法，所述射頻發(fā)射機(jī) 包含具有晶體管電路的開(kāi)關(guān)模式射頻功率放大器，其中，所述方法包括步驟在脈沖比特流信號(hào)中檢測(cè)比預(yù)定閾值長(zhǎng)的恒定信號(hào)高度的序列； 在檢測(cè)到所述序列時(shí)，通過(guò)在所述序列中插入一個(gè)或多個(gè)陷波來(lái) 生成修正脈沖比特流信號(hào)，所述陷波通過(guò)信號(hào)高度不同于所述序列的所述信號(hào)高度的信號(hào)來(lái)打斷所述序列；以及將所述修正脈沖比特流信號(hào)作為輸入信號(hào)提供給所述晶體管電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種射頻發(fā)射機(jī)(RFT)以及一種在該射頻發(fā)射機(jī)(RFT)中放大射頻輸入信號(hào)(S_IN)的方法。射頻發(fā)射機(jī)(RFT)包括具有生成單元(GU)的數(shù)字信號(hào)生成器(DSG)，其適于生成脈沖比特流信號(hào)；以及具有晶體管電路(PT)的開(kāi)關(guān)模式功率放大器(SMPA)，其適于放大射頻輸入信號(hào)(S_IN)。數(shù)字信號(hào)生成器(DSG)還包括控制單元(CU)，其適于在所述脈沖比特流信號(hào)中檢測(cè)比預(yù)定閾值長(zhǎng)的恒定信號(hào)高度的序列?？刂茊卧?CU)還適于在檢測(cè)到所述序列時(shí)通過(guò)在所述序列中插入一個(gè)或多個(gè)陷波來(lái)生成修正脈沖比特流信號(hào)。所述陷波通過(guò)信號(hào)高度不同于所述序列的信號(hào)高度的信號(hào)來(lái)打斷所述序列。該射頻發(fā)射機(jī)(RFT)還包括連接裝置(CM)，其適于將所述修正脈沖比特流信號(hào)作為射頻輸入信號(hào)(S_IN)提供給所述晶體管電路(PT)。
文檔編號(hào)H04B1/04GK101447794SQ20081017400
公開(kāi)日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月12日
發(fā)明者F·皮維特, G·菲舍爾, J·黑塞爾巴爾特, S·查勒姆威薩特庫(kù)爾 申請(qǐng)人:朗訊科技公司