[发明专利]用于极化调制的放大器构造

说明书

技术领域

本发明涉及用于射频信号的功率高效线性放大的电子装置，更 加具体地讲，涉及一种基于极化调制的功率放大器。

背景技术

″大信号极化调制″(也称为″包络消除及恢复(EER)″)为大家 所普遍了解并且应用于具有已调幅度和相位的射频(RF)信号的高效 线性功率放大。大信号极化调制的基本原理在本领域中是公知的。幅 度和相位经过调制的射频信号被分成包含相位信息(PM)的恒定幅度 射频信号和代表幅度信息(AM)的低频信号。随后在高效率非线性放 大器中放大恒定包络射频信号。该信号通过放大器的最后一级或多级 按照代表幅度信息的低频信号进行的集电极调制(或漏极调制，取决 于所使用的技术)再次得到重构。这一般是这样实现的：驱动最后几 级进入压缩，从而使得流过放大器级的射频信号的幅度实际上是由低 频集电极电压(或漏极电压)确定的。

在本领域中众所周知的是，大信号极化功率放大器的线性度受 到输出信号重构期间的不完善的束缚。在重构期间，必定要将幅度经 过调制的分量AM和相位经过调制的分量PM重新组合起来，以便构造 出输入信号的经过放大的版本。理想的极化功率放大器应该仅仅会依 照AM信号来改变所放大的相位经过调制的射频信号的幅度。不过， 在实际的实现过程中，AM信号还会影响所放大的相位经过调制的射 频信号的相位。这一不完善被量化为″AM2PM″传递特性。AM2PM定义 的是信号重构处理期间由于幅度调制造成的不期望有的相位调制的 量。第二个重要的特征是幅度到幅度失真，通常记为″AM2AM″。AM2AM 对基带包络信号与射频输出信号的包络之间的关系进行量化。这两个 包络信号发生背离的起因是幅度调制处理中的失真，例如由集电极 (或漏极)电压和射频输出信号的包络之间的非线性关系造成的失 真。

传统集电极调制(或漏极调制)办法的主要缺点在于，射频功 率放大器的线性度是有限的。有限的线性度削减了动态范围，即，使 得放大器能够维持高线性度的幅度最大范围。线性范围的上限一般受 到电源电压(例如，电池电源电压)的限制。下限是由放大晶体管的 最小集电极电压(或漏极电压)决定的。在最小集电极(或漏极)电 压以上，由于施加给放大晶体管级的AM信号造成的不希望有的相位 变化仍然处于线性限度以内。低于该最小值，晶体管会表现出非线性 性状，从而引起因AM信号造成的相位变化，导致所要放大的信号发 生失真。削减动态范围的另一个方面是射频放大级的隔离度降低。输 出信号幅度的下限是在将AM控制信号设置为它的最小值的情况下由 功率放大器对恒定包络输入信号造成的衰减确定的。放大器隔离度在 这种情况下受截止晶体管的寄生电容限制。

对于今天和未来的移动低功率应用而言，随着电源电压降低和 调制方案变得更加复杂，与放大器的线性度、噪声和动态范围有关的 要求也变得越来越至关重要。对于移动设备，典型的电池电源电压等 于3V。使用双极射频装置的功率放大器提供不低于0.3V的最小可用 集电极电压。这得到大约20dB的最大动态范围。不过，现代蜂窝系 统需要超过40dB的总动态范围，以便在平均输出功率的整个范围内 覆盖调制信号的幅度范围。应对这些高动态范围信号的传统办法是相 位和/或幅度预矫正，以便补偿在放大和重构处理期间的相位和/或幅 度失真。不过，这种办法有多个重大缺陷。预矫正或预修正方法在某 些工作条件下不适用，或者至少对补偿频率、驱动功率、温度、天线 阻抗和电源的偏差不起作用。一般来说，预矫正原理对于不能由(例 如，数字)预修正方法补偿的大动态范围系统而言没有任何吸引力， 因为这些方法不足够强健或没有可操作性。此外，常规的办法需要复 杂的设计和生产期间的额外调校过程(如果与(例如，数字)预矫正 方法相结合地运用这些调校过程)。这导致额外的成本和上市时间推 后。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种具有较大动态范围和改善的线性 度的用于射频信号线性功率放大的电子装置。