相位补偿电路模组、功率放大组件、补偿方法及设备

文档序号:52335 发布日期:2021-09-28 浏览:27次 >En<

阅读说明:本技术 相位补偿电路模组、功率放大组件、补偿方法及设备 (Phase compensation circuit module, power amplification assembly, compensation method and compensation equipment ) 是由 苏强 彭振飞 徐柏鸣 于 2021-08-31 设计创作,主要内容包括:本公开提供了相位补偿电路模组、功率放大组件、补偿方法及设备;所述相位补偿电路模组至少包括:可变电阻、检测组件以及控制组件;检测组件的检测端与功率放大器的信号输入端连接,用于检测信号输入端的输入信号;控制组件与检测组件连接,用于根据检测组件检测的输入信号输出控制信号;可变电阻与控制组件的输出端连接,用于根据控制信号改变接入到功率放大器中阻值,可变电阻组成功率放大器的回路,用于构成功率放大器的晶体管的导通阻值;其中,晶体管的导通阻值,用于在功率放大器的输出信号相位变化时变化;实现了对幅度调制对相位调制的补偿,提升了线性度。(The disclosure provides a phase compensation circuit module, a power amplification component, a compensation method and a device; the phase compensation circuit module at least comprises: the variable resistor, the detection component and the control component; the detection end of the detection component is connected with the signal input end of the power amplifier and is used for detecting an input signal of the signal input end; the control assembly is connected with the detection assembly and used for outputting a control signal according to the input signal detected by the detection assembly; the variable resistor is connected with the output end of the control component and used for changing the resistance value accessed into the power amplifier according to the control signal, and the variable resistor forms a loop of the power amplifier and is used for forming the conduction resistance value of a transistor of the power amplifier; the on resistance value of the transistor is used for changing when the phase of an output signal of the power amplifier changes; the compensation of amplitude modulation to phase modulation is realized, and the linearity is improved.)

相位补偿电路模组、功率放大组件、补偿方法及设备

技术领域

本公开涉及电子

技术领域

,具体涉及相位补偿电路模组、功率放大组件、补偿方法及设备。

背景技术

现有的功率放大器,幅度调制对相位调制(AM-PM)可以表征功率放大器的线性度指标;AM-PM失真是指输入信号进入到功率放大器后,因为信号幅度的变化导致的输入输出信号之间的相位差的变化;由于放大器本身非线性的存在,随着输入信号的增大,导致晶体管的非线性增强,AM-PM会进一步恶化,进而影响整体的线性度。

现有的关于AM-PM的补偿电路或设备,是采用两级放大晶体管的相位相互补偿电路,然而在整体上可调性能差,难以应对复杂的AM-PM变化情况。因此,需要一种可调性良好,能应对复杂的AM-PM的变化情况的相位补偿电路或设备。

发明内容

本公开提供一种相位补偿电路模组、功率放大组件、补偿方法及设备。

根据本公开的第一方面,提供一种相位补偿电路模组,所述相位补偿电路模组至少包括:可变电阻、检测组件以及控制组件;

所述检测组件,具有检测端,所述检测端与功率放大器的信号输入端连接,用于检测所述信号输入端的输入信号;

所述控制组件,与所述检测组件连接,用于根据所述检测组件检测的所述输入信号输出控制信号;

所述可变电阻,与所述控制组件的输出端连接,用于根据所述控制信号改变接入到所述功率放大器中阻值,所述可变电阻组成所述功率放大器的回路,用于构成所述功率放大器的晶体管的导通阻值;其中,所述晶体管的导通阻值,用于在所述功率放大器的输出信号相位下降时降低,在所述功率放大器的输出信号相位增大时增大;增大或下降后的所述导通阻值,用于使所述输出信号的幅度调制对相位调制AM-PM的变化曲线由弧线段变成平直段。

可选地,所述控制组件,包括:第一子控制组件和第二子控制组件;

所述第一子控制组件与所述检测组件连接,用于根据所述输入信号,输出与所述输入信号呈正比或反比的控制电压;

所述第二子控制组件连接在所述第一子控制组件的后端和所述可变电阻的之间,用于限制所述控制电压的输出电压值范围。

可选地,所述第一子控制组件至少包括:第一电流镜、第一开关管、第二电流镜、电源、控制电路、第一控制电压开关管;

所述第一电流镜与所述第一开关管的第一端连接,所述第一电流镜用于向所述第一开关管镜像输入信号;

所述第一开关管的第二端与所述第二电流镜的第一端连接,所述第一开关管用于控制所述第二电流镜的导通;

所述第二电流镜的第二端与所述控制电路的第一端连接,用于向所述控制电路镜像与所述输入信号成比例的电流;

所述电源与所述控制电路的第二端连接,用于向所述控制电路提供上限电压;其中,所述控制电路用于提供按照预设补偿提供变化的阻值;

所述第一控制电压开关管与所述控制电路的第一端、所述第二电流镜连接,用于控制输出控制电压;其中,所述控制电压的值为:所述上限电压的值减去,与所述输入信号成比例的电流的值与所述控制电路的阻值的乘积。

可选地,所述第一子控制组件至少包括:第一电流镜、第二开关管、电源、控制电路、第二控制电压开关管;

所述第一电流镜与所述第二开关管的第一端连接,所述第二开关管的第二端与所述控制电路的第二端连接,所述第一电流镜用于通过所述第二开关管镜像输入信号至所述控制电路;

所述电源与所述控制电路的第一端连接、所述控制电路的第二端与所述第二控制电压开关管连接,其中,所述第二控制电压开关管的电压值为:所述电源提供的电压值以及所述控制电路的电压值的和。

可选地,所述第二子控制组件,用于根据所述控制电压的值,输出所述控制电压的第一电压值或第二电压值;

若所述控制电压与所述输入信号呈正比,且所述控制电压大于最大预设阈值,所述第二子控制组件输出所述控制电压的第一电压值;

若所述控制电压与所述输入信号呈反比,且所述控制电压小于最小预设阈值,所述第二子控制组件输出所述控制电压的第二电压值;

其中,所述第二电压值小于所述第一电压值。

可选地,所述控制电路包括首尾依次串联连接的多个子控制电路;

一个所述子控制电路包括:晶体管和控制电阻,所述晶体管的源极和漏极与所述控制电阻的两端并联连接;其中,所述晶体管的源极与所述控制电阻的朝向所述第一控制电压开关管的一端连接,所述晶体管的漏极与所述控制电阻远离所述第一控制电压开关管的一端连接;所述控制电路的总阻值等于所述多个子控制电路的阻值的和。

根据本公开的第二方面,提供一种功率放大组件,所述功率放大组件包括:功率放大器以及前述第一方面所述的相位补偿电路模组;所述功率放大器至少包括:信号输入端、信号输出端、设置在信号输入端与所述信号输入端之间的晶体管,以及与所述晶体管连接的电容;

所述可变电阻的第一端,与所述电容连接,所述可变电阻的第二端,与所述晶体管连接,用于组成所述功率放大器的回路,构成所述功率放大器的晶体管的导通阻值;其中,所述晶体管的导通阻值,用于在所述功率放大器的输出信号相位下降时降低,在所述功率放大器的输出信号相位增大时增大;增大或下降后的所述导通阻值,用于使所述输出信号的幅度调制对相位调制AM-PM的变化曲线由弧线段变成平直段。

根据本公开的第三方面,提供一种补偿方法,利用上述第一方面提供的相位补偿电路模组对上述第二方面提供的功率放大器的输出信号相位进行补偿,所述方法包括:

通过所述检测组件检测所述信号输入端的输入信号;

通过所述控制组件根据所述检测组件检测的所述输入信号输出控制信号;其中,所述控制信号,用于改变接入到所述功率放大器中阻值,所述可变电阻组成所述功率放大器的回路,用于构成所述功率放大器的晶体管的导通阻值;其中,所述晶体管的导通阻值,用于在所述功率放大器的输出信号相位下降时降低,在所述功率放大器的输出信号相位增大时增大;增大或下降后的所述导通阻值,用于使所述输出信号的幅度调制对相位调制AM-PM的变化曲线由弧线段变成平直段。

可选地,所述方法还包括:

通过所述第一子控制组件根据所述输入信号,输出与所述输入信号呈正比或反比的控制电压;

通过所述第二子控制组件限制所述控制电压的输出电压值范围。

可选地,所述方法还包括:

通过第一电流镜像所述第一开关管镜像输入信号;

通过所述第一开关管控制所述第二电流镜的导通;

通过所述第二电流镜向所述控制电路镜像与所述输入信号成比例的电流;

通过所述电源向所述控制电路提供上限电压;其中,所述控制电路用于提供按照预设补偿提供变化的阻值;

通过所述第一控制电压开关管控制输出电压;其中,所述控制电压的值为:所述上限电压的值减去,与所述输入信号成比例的电流的值与所述控制电路的阻值的乘积。

可选地,所述方法还包括:

控制所述第一电流镜通过所述第二开关管镜像输入信号至所述控制电路;其中,所述第二控制电压开关管的电压值为:所述电源提供的电压值以及所述控制电路的电压值的和。

可选地,所述方法还包括:

通过所述第二子控制组件根据所述控制电压的值,输出所述控制电压的第一电压值或第二电压值;

若所述控制电压与所述输入信号呈正比,且所述控制电压大于最大预设阈值,所述第二子控制组件输出所述控制电压的第一电压值;

若所述控制电压与所述输入信号呈反比,且所述控制电压小于最小预设阈值,所述第二子控制组件输出所述控制电压的第二电压值;

其中,所述第二电压值小于所述第一电压值。

根据本公开的第四方面,提供一种补偿设备,所述补偿设备包括:

存储器;

处理器,与所述存储器连接,用于通过所述存储器的计算机执行指令,能够实现第三方面所述的补充方法中的步骤。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果:本公开实施例提供的相位补偿电路模组,至少包括可变电阻、检测组件以及控制组件;检测组件具有的检测端与功率放大器的信号输入端连接,检测信号输入端的输入信号;控制组件与检测组件连接,根据检测的输入信号输出控制信号;可变电阻与控制组件的输出端连接,根据控制信号改变接入到功率放大器中阻值;可变电阻组成所述功率放大器的回路,用于构成所述功率放大器的晶体管的导通阻值;其中,所述晶体管的导通阻值,用于在所述功率放大器的输出信号相位下降时降低,在所述功率放大器的输出信号相位增大时增大;增大或下降后的所述导通阻值,用于使所述输出信号的幅度调制对相位调制AM-PM的变化曲线由弧线段变成平直段;与现有的单纯的两级晶体管的相位补偿电路相比,由于加入了检测组件和控制组件,可以根据具体的输入信号,以及输出信号相位的变化情况,控制组件输出的控制信号可以增大或减小,进而使得可变电阻可以根据控制信号增大或减小,从而对于输出信号相位的变化曲线增大或下降趋势的弧线,有保持平直段的作用,进而,提升了AM-PM的稳定性以及功率放大器的线性度。

应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本公开。

附图说明

图1为一现有的功率放大器的结构示意图;

图2为一现有的AM-PM的失真变化曲线示意图;

图3为一现有的AM-PM的失真变化曲线示意图;

图4为一示例性实施例示出的相位补偿电路模组以及功率放大器的结构示意图;

图5为一示例性实施例示出的相位补偿电路模组以及功率放大器的结构示意图;

图6为一示例性实施例示出的相位补偿电路模组的可变电阻的结构示意图;

图7为一示例性实施例示出的功率放大器的晶体管M2的栅极相位随着控制电压Vcon的关系曲线示意图;

图8为一示例性实施例示出的对AM-PM的失真的补偿变化曲线示意图;

图9为一示例性实施例示出的对AM-PM的失真的补偿变化曲线示意图;

图10为一示例性实施例示出的相位补偿电路模组的局部放大图;

图11为一示例性实施例示出的相位补偿电路模组的局部放大图;

图12为一示例性实施例示出的相位补偿电路模组的整体结构图;

图13为一示例性实施例示出的相位补偿电路模组的控制组件输出的控制电压Vcon与输入信号Iout的关系曲线示意图;

图14为一示例性实施例示出的相位补偿电路模组的控制组件输出的控制电压Vcon与输入信号Iout的关系曲线示意图;

图15为一示例性实施例示出的相位补偿电路模组的控制组件中的步进电路等效电阻的对照图;

图16为一示例性实施例示出的控制电路的等效电阻Req的作用下的输出电压Vout与输入信号Iout的关系曲线示意图;

图17为一示例性实施例示出的控制电路的等效电阻Req的作用下的AM-PM与输入信号Iout的关系曲线示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开实施例相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附申请文件中所详述的、本公开实施例的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1所示为现有的功率放大器,RFin和RFout分别为输入输出节点,放大器电路由补偿网络、M1和M2组成的两层堆叠放大管,Ibias、Vg12组成偏置网络,VDD提供直流馈电网络,经过扼流圈Choke1接入晶体管的漏极,Cb1和Cb2是输入输出的隔直电容,L1和C1组成输出匹配网络。随着输入信号的增大,功率放大器的非线性增强,放大器的失真现象加剧,其AM-PM失真有两种变化趋势,如图2所示,AM-PM曲线可能随输入功率增大呈现上升趋势;如图3所示,也有可能随输入功率增大呈现减小的趋势。如果不对这种AM-PM的趋势进行补偿,电路的线性度指标就会进一步恶化,不能满足指标要求。现有的通过前后两级功放的相位补偿方法,在整体上可调性能较差,难以应对复杂的AM-PM的变化情况。本公开实施例中,结合图4以及图5所示,提供了一种相位补偿电路模组,所述相位补偿电路模组至少包括:可变电阻101、检测组件102以及控制组件103;

所述检测组件102,具有检测端,所述检测端与功率放大器的信号输入端连接,用于检测所述信号输入端的输入信号;

所述控制组件103,与所述检测组件102连接,用于根据所述检测组件102检测的所述输入信号输出控制信号;

所述可变电阻101,与所述控制组件103的输出端连接,用于根据所述控制信号改变接入到所述功率放大器200中阻值,所述可变电阻101组成所述功率放大器的回路,用于构成所述功率放大器的晶体管的导通阻值;其中,所述晶体管的导通阻值,用于在所述功率放大器的输出信号相位下降时降低,在所述功率放大器的输出信号相位增大时增大;增大或下降后的所述导通阻值,用于使所述输出信号的幅度调制对相位调制AM-PM的变化曲线由弧线段变成平直段。

本公开实施例中,所述晶体管,包括第一晶体管M1和第二晶体管M2,第一晶体管M1和第二晶体管M2组成堆叠的一级放大晶体管。

本公开实施例中,第一偏置电路与所述第一晶体管M1连接,用于向所述第一晶体管M1提供偏置电流;第二偏置电路与所述第二晶体管连接,用于向所述第二晶体管M2提供偏置电压。

本公开实施例中,结合图5所示,第一偏置电路包括:Ibias偏置电流,Ibias偏置电流与第一晶体管M1的栅极连接;第二偏置电路包括:电源Vg12和电阻R1;电源Vg12与电阻R1连接,电阻R1与第二晶体管M2的栅极连接;栅极电容Cgate与第二晶体管M2的栅极以及电阻R1连接。

在一个实施例中,可变电阻Rgate为压控可变电阻,其构成可以参见图6所示的电路结构。

本公开实施例中,如图5所示,L1和C1组成匹配电路;在匹配电路与信号输入端RFin之间,还包括第一隔直电容Cb1,在信号输出端与第二晶体管M2的漏极之间,还包括第二隔直电容;L1和C1组成的匹配电路的阻抗与第一晶体管的阻抗,与功率放大器的信号输入端的信号源内阻抗实现匹配,使得功率放大器能从信号输入端获取最大的功率。

本公开实施例中,检测组件(Detector)为检波器,用于检测从信号输入端RFin的输入信号的变化幅度;当输入信号的幅度超过预设阈值时,补偿电路模组开始启动。控制组件根据输入信号,输出控制信号。

在一个实施例中,控制信号为控制电压Vcon,用于通过电压控制可变电阻Rgate的阻值。

本公开实施例中,栅极电容Cgate、可变电阻Rgate以及第一晶体管M1和第二晶体管M2组成回路,当可变电阻Rgate的阻值发生变化时,回路中的导通阻值发生变化,从而回路中的等效电容也发生变化,进而导致第二晶体管的相位发生变化,进一步导致幅度调制对相位失真AM-PM值发生变化。

本公开实施例中,可变电阻与控制电压Vcon成反比;AM-PM与可变电阻呈反比,进而结合图7所示,第二晶体管M2的栅极相位Phase即输出信号相位与Vcon的关系在一定范围内呈正比例关系,即导致AM-PM与控制电压Vcon成正比。

本公开实施例中,AM-PM存在下降或增大的情况,因此,需要补偿电路模组可以使得可变电阻在AM-PM下降时下降,以使AM-PM升高;增大时下降,以使AM-PM降低,进而补偿AM-PM失真的情况。

本公开实施例中,结合图8所示,AM-PM增大的原始状态曲线,通过补偿电路模组的补偿后,即Vcon在AM-PM增大后减小,导致导通电阻在AM-PM增大后增大,进而导致使得AM-PM减小,输出信号的幅度调制对相位调制AM-PM的变化曲线由弧线段变成平直段。

本公开实施例中,结合图9所示,AM-PM减小的原始状态曲线,通过补偿电路模组的补偿后,即Vcon在AM-PM减小后增大,导致导通电阻在AM-PM减小后减小,进而导致使得AM-PM增大,AM-PM的变化曲线由弧线段变成平直段。

本公开实施例中,与现有的图1、图2以及图3相比,加入了补偿电路模组,使原本接地的栅极电容与补偿电路模组的可变电阻连接,进而与堆叠晶体管M1和M2组成的回路,通过补偿电路模组调整可变电阻的阻值,实现对AM-PM的补偿,提升了AM-PM的稳定性以及功率放大器的线性度。

本公开实施例中,所述控制组件,包括:第一子控制组件和第二子控制组件;

所述第一子控制组件与所述检测组件连接,用于根据所述输入信号,输出与所述输入信号呈正比或反比的控制电压;

所述第二子控制组件连接在所述第一子控制组件的后端和所述可变电阻的之间,用于限制所述控制电压的输出电压值范围。

本公开实施例中,结合图5所示,第一子控制组件为电压控制电路(VoltageControl),第二子控制组件为钳位电路(Vclamp)。

本公开实施例中,第二子控制组件连接在所述第一子控制组件的后端,这里,第一子控制组件的后端为输出端,第一子控制组件的前端为输入端。

本公开实施例中,第一子控制组件,电压控制电路(Voltage Control)用于根据输入信号,输出与输入信号呈正比或反比的控制电压Vcon,进而可以控制可变电阻Rgate的阻值变化。

本公开实施例中,第二子控制组件,钳位电路(Vclamp)可以控制控制电压Vcon的输出电压值范围,进而控制可变电阻的变化范围。

本公开实施例中,结合图10、图11、图12所示,所述第一子控制组件至少包括:第一电流镜、第一开关管、第二电流镜、电源、控制电路、第一控制电压开关管;

所述第一电流镜与所述第一开关管的第一端连接,所述第一电流镜用于向所述第一开关管镜像输入信号;

所述第一开关管的第二端与所述第二电流镜的第一端连接,所述第一开关管用于控制所述第二电流镜的导通;

所述第二电流镜的第二端与所述控制电路的第一端连接,用于向所述控制电路镜像与所述输入信号成比例的电流;

所述电源与所述控制电路的第二端连接,用于向所述控制电路提供上限电压;其中,所述控制电路用于提供按照预设补偿提供变化的阻值;

所述第一控制电压开关管与所述控制电路的第一端、所述第二电流镜连接,用于控制输出控制电压;其中,所述控制电压的值为:所述上限电压的值减去,与所述输入信号成比例的电流的值与所述控制电路的阻值的乘积。

本公开实施例中,结合图10以及图12,由CMOS晶体管Q1、Q2、Q3以及Q4组成第一电流镜;其中,晶体管Q1的栅极和源极与晶体管Q3的栅极和源极连接并且镜像对称;晶体管Q2的栅极和源极与晶体管Q4的栅极和源极连接并且镜像对称,晶体管Q2的漏极与晶体管Q1的栅极和源极连接,晶体管Q4的漏极与晶体管Q3的栅极和源极连接。

本公开实施例中,晶体管Q2的源极与检测组件的输出端连接,电源VDD与晶体管Q1和Q3的漏极连接,电源VDD用于向第一电流镜提供电压源,输入信号Iout通过晶体管Q1和晶体管Q2将输入信号镜像至晶体管Q3和Q4处,晶体管Q4的源极和栅极与第一开关管Q5或第二开关管Q6的漏极连接,用于将输入信号Iout镜像至第一开关管Q5或第二开关管Q6处。

本公开实施例中,由CMOS晶体管Q7、Q8组成第二电流镜,晶体管Q7的漏极和栅极与晶体管Q8的漏极和栅极连接,晶体管Q7的源极和晶体管Q8的源极连接,晶体管Q7的漏极和栅极与第一开关管Q5的源极连接,第二电流镜用于将输入信号Iout镜像至VRB1处。

本公开实施例中,第二电流镜与控制电路的第一端的VRB2处连接,第一电流镜和第二电流镜都可用于向所述控制电路镜像与所述输入信号呈比例的电流k1*Iout,其中k1为比例系数,取值为正数。

本公开实施例中,所述电源为Vref,电源与一晶体管连接,当CTRL_Fall_N=1时,该晶体管导通,通过电压输出端VRA1与控制电路的第二端VRA3连接,用于向所述控制电路提供上限电压Vref。

本公开实施例中,第一控制电压开关管包括:晶体管Q15、Q16,当CTRL_Fall_N=1、CTRL_Fall_P=0,第一控制电压开关管导通,将控制电路第一端的电压作为控制电压输出。本公开实施例中,当CTRL_Fall_N=1、CTRL_Fall_P=0时,控制电压Vcon的计算公式如下:

Vcon=Vref-k1*Iout*Req(Vcon>Vclamp) 公式1.1

Vcon=Vclamp (Vcon<Vclamp) 公式1.2

在上述公式1.1、1.2中,Vref是预设的直流馈电电压,作为Vcon的起始电压,k1表示Iout经过第二电流镜的镜像电流源的变化比例,Req表示控制电路的等效阻值,Vclamp表示钳位电路的预设电压值。

本公开实施例中,CTRL_Fall_N=1、CTRL_Fall_P=0,第一开关管Q5导通,第二电流镜Q7、Q8导通,第一控制电压开关管处的晶体管Q15导通、Q16导通,第二控制电压开关管处的晶体管Q13、Q14断开,电源Verf向控制电路提供电压,VRB2处的电压值为VRB1处的电压值,控制电路的第一端靠近第一控制电压开关管处输出电压值Vcon。晶体管Q18导通,晶体管Q17、Q19关断,电源Ib1接地。

本公开实施例中,公式1.1表示控制电压值Vcon与输入信号Iout呈反比关系,当输入信号增大,AM-PM的失真变化曲线是如图2或8所示的变化曲线,则控制CTRL_Fall_N=1、CTRL_Fall_P=0,控制电压值Vcon与输入信号Iout呈反比关系。

本公开实施例中,通过CTRL_Fall_N=1、CTRL_Fall_P=0,可以在通过控制电压Vcon,控制可变电阻的阻值随着AM-PM的增大而增大,增大后的可变阻值,可以起到如图8所示的补偿作用。

本公开实施例中,结合图10、图11、图12所示,所述第一子控制组件至少包括:第一电流镜、第二开关管、电源、控制电路、第二控制电压开关管;

所述第一电流镜与所述第二开关管的第一端连接,所述第二开关管的第二端与所述控制电路的第二端连接,所述第一电流镜用于通过所述第二开关管镜像输入信号至所述控制电路;

所述电源与所述控制电路的第一端连接、所述控制电路的第二端与所述第二控制电压开关管连接,其中,所述第二控制电压开关管的电压值为:所述电源提供的电压值以及所述控制电路的电压值的和。

本公开实施例中,结合图10以及图12,由CMOS晶体管Q1、Q2、Q3以及Q4组成第一电流镜,所述第一电流镜与所述第二开关管的第一端连接,用于将输入信号Iout镜像至第二开关管Q6处。

本公开实施例中,第二开关管的第二端VRA2与控制电路的第二端VRA3连接,第一电流镜通过第二开关管Q6将输入信号Iout输入至控制电路的第二端VRA3处。

本公开实施例中,电源Ib1与控制电路的第一端VRB2处连接,控制电路的第二端VRA2与第二控制电压开关管Q13、Q14连接。

本公开实施例中,当CTRL_Fall_N=0、CTRL_Fall_P=1时,Q5断开、Q6导通,电源Vref处的晶体管断开不可用,第二控制电压开关管Q13、Q14导通,第一控制电压开关管Q15、Q16断开,电源Ib1处的晶体管Q17、Q19导通,晶体管Q18断开,VRB2处的电压为晶体管Q17漏极处的电压值,控制电路的第二端的VRA3处的电压值为:

Vcon= k1*Iout*Req+VRB2 (Vcon<Vpk) 公式1.3

Vcon= Vpk (Vcon>Vpk) 公式1.4

上述公式1.3中,k1表示Iout经过电流源的变化比例,Req表示控制电路的等效电阻,VRB2表示Q17漏端节点处的电压值,Vpk表示Vcon电压的钳位电路的预设电压值。

本公开实施例中,k1为第一电流镜的比例,为正数。

本公开实施例中,公式1.3表示控制电压值Vcon与输入信号呈正比关系,当输入信号增大,AM-PM的失真变化曲线是如图3或9所示的变化曲线,则控制CTRL_Fall_N=0、CTRL_Fall_P=1,控制电压值Vcon与输入信号Iout呈反比关系。

本公开实施例中,通过CTRL_Fall_N=0、CTRL_Fall_P=1时,可以在通过控制电压Vcon,控制可变电阻的阻值随着AM-PM的下降而下降,下降后的可变阻值,可以起到如图9所示的补偿作用。

本公开实施例中,所述第二子控制组件,用于根据所述控制电压的值,输出所述控制电压的第一电压值或第二电压值;

若所述控制电压与所述输入信号呈正比,且所述控制电压大于最大预设阈值,所述第二子控制组件输出所述控制电压的第一电压值;

若所述控制电压与所述输入信号呈反比,且所述控制电压小于最小预设阈值,所述第二子控制组件输出所述控制电压的第二电压值;

其中,所述第二电压值小于所述第一电压值。

本公开实施例中,第二子控制组件的钳位电路,输出控制电压的第一电压值或第二电压值,第二电压值小于第一电压值,第一电压值为最高电压值,是根据晶体管线性区间的最高电压值得到的,第二电压值为最低电压值,是根据晶体管线性区间的最低电压值得到的。

本公开实施例中,结合图13,公式1.2表示钳位电路提供的第二电压值Vclamp,为最低电压值,防止控制电压低于预设值,控制电压低于预设值表示第一子控制组件的晶体管可能进入了非线性区域,此时,控制电压值Vcon与输入信号Iout的反比关系不再成线性比例变化。因而,设置钳位电路可以晶体管进入非线性区域导致无法有效的输出线性变化的电压而无法做到有效补偿AM-PM的失真。

本公开实施例中,结合图14,公式1.4表示钳位电路提供的第一电压值Vpk为最高电压值,防止控制电压高于预设值,第一子控制组件的晶体管可能进入了非线性区域,此时,控制电压值Vcon与输入信号Iout的正比关系不再成线性比例变化。因而,设置钳位电路可以晶体管进入非线性区域导致无法有效的输出线性变化的电压而无法做到有效补偿AM-PM的失真。

本公开实施例中,所述控制电路包括首尾依次串联连接的多个子控制电路;

一个所述子控制电路包括:晶体管和控制电阻,所述晶体管的源极和漏极与所述控制电阻的两端并联连接;其中,所述晶体管的源极与所述控制电阻的朝向所述第一控制电压开关管的一端连接,所述晶体管的漏极与所述控制电阻远离所述第一控制电压开关管的一端连接;所述控制电路的总阻值等于所述多个子控制电路的阻值的和。

本公开实施例中,结合图11以及图12所示,晶体管Q9与控制电阻R1并联组成第一子控制电路、晶体管Q10与控制电阻R2并联组成第二子控制电路、晶体管Q11与控制电阻R3并联组成第三子控制电路、晶体管Q12与控制电阻R4并联组成第四子控制电路。

本公开实施例中,子控制电路的个数并不限于4个,可以根据需求来设置。

本公开实施例中,一个子控制电路的阻值与晶体管是否导通有关,若晶体管导通,则与晶体管并联的控制电阻被短路,则该子控制电阻的阻值为0。若晶体管断开,则与晶体管并联的控制电阻未被短路,则该子控制电路的阻值为控制电阻的阻值。

本公开实施例中,控制电路的上述电路的结构,可以实现控制电路的阻值的步进变化,即每导通一个晶体管,控制电路的阻值减小,若依次导通,则依次减小。每断开一个晶体管,控制电路的阻值增大,若依次断开,则依次增大。

本公开实施例中,通过控制电路,可以灵活调整输入信号RFin与Vcon之间的函数比例关系,实现Vcon的可控步进变化。CTRL_S<0>,CTRL_S <1>,CTRL_S <2>和CTRL_S <3>四位控制信号控制R1-R4电阻的通断,其等效电阻Req与CTRL_S的控制逻辑如图15的相位补偿电路模组的控制组件中的步进电路等效电阻的对照图所示,通过与流过等效电阻Req本身的电流相乘,得到电压Vout=k1*Iout*Req,进而可以改变输入信号Iout与控制电压Vcon之间的比例关系。

本公开实施例中,当CTRL_S<0>,CTRL_S <1>,CTRL_S <2>和CTRL_S <3>四位控制信号均等于1,所有的控制电阻都等于0时,第一开关管Q5或第二开关管Q6导通时,由于VRB1与VRB2的连接,或VRA2与VRA3的连接,第一电流镜和/或第二电流镜可以防止整体电路被短路。

本公开实施例中,如图16所示,是当CTRL_S信号如表变化,得到的Req1>Req2>Req3时,Iout与Vout斜率变化的示意图。

本公开实施例中,如图17所示,显示是对应的等效电阻Req的变化对电路的AM-PM产生的影响。

本公开实施例中,控制电路的上述设计,可以实现灵活地控制输入信号Iout与电压Vout的变化,进而改变输入信号Iout与控制电压Vcon之间的比例关系。

本公开实施例中,通过外接的逻辑控制器和/或智能终端:逻辑控制器例如控制器CPU、单片机,智能终端如:智能手机或电脑,调整电路的补偿参数可以实现AM-PM的编程可调。相位补偿电路模组和功率放大器可以集成在芯片内部,成本较低,占用资源少,能改善功率放大器的线性度指标。例如,通过控制上述逻辑门开关:CTRL_S<0>,CTRL_S <1>,CTRL_S <2>、CTRL_S <3>、CTRAL_Fall_P、CTRAL_Fall_N的取值为0或为1来控制所对应的晶体管的导通或断开,实现对相位补偿电路模组对功率放大器的AM-PM的补偿。

本公开实施例中,结合图4以及图5所示,提供一种功率放大组件,所述功率放大组件包括:功率放大器200和上述实施例提供的相位补偿电路模组100;其中,所述功率放大器至少包括:信号输入端RFin、信号输出端RFout、设置在信号输入端RFin与所述信号输入端RFout之间的晶体管M1、M2,以及与所述晶体管连接的电容Cgate;

所述可变电阻的第一端,与所述电容连接,所述可变电阻的第二端,与所述晶体管连接,用于组成所述功率放大器的回路,构成所述功率放大器的晶体管的导通阻值;其中,所述晶体管的导通阻值,用于在所述功率放大器的输出信号相位下降时增大,在所述功率放大器的输出信号相位增大时下降;增大或下降后的所述导通阻值,用于使所述输出信号的幅度调制对相位调制AM-PM的变化曲线由弧线段变成平直段。

本公开实施例中,所述晶体管连接的电容Cgate为栅极电容,与晶体管M2的栅极连接,晶体管M1、M2组成堆叠的两级放大晶体管。

本公开实施例中,第一偏置电路包括:电源Vg12和电阻R1;第二偏置电路包括:Ibias偏置电流。

本公开实施例中,第一偏置电路与所述第一晶体管M1连接,用于向所述第一晶体管M1提供偏置电流;第二偏置电路与所述第二晶体管连接,用于向所述第二晶体管M2提供偏置电流。

本公开实施例中,结合图5所示,第一偏置电路包括:电源Vg12和电阻R1;第二偏置电路包括:Ibias偏置电流。

在一个实施例中,可变电阻Rgate为压控可变电阻,其构成可以参见图6所示的电路结构。

本公开实施例中,如图5所示,L1和C1组成匹配电路;在匹配电路与信号输入端RFin之间,还包括隔直电容。

本公开实施例中,检测组件Detector为检波器,用于检测从信号输入端RFin的输入信号的变化幅度;当输入信号的幅度超过预设阈值时,补偿电路模组开始启动。控制组件根据输入信号,输出控制信号。

在一个实施例中,控制信号为控制电压Vcon,用于通过电压控制可变电阻Rgate的阻值。

本公开实施例中,栅极电容Cgate、可变电阻Rgate以及第一晶体管M1和第二晶体管M2组成回路,当可变电阻Rgate的阻值发生变化时,回路中的导通阻值发生变化,从而回路中的等效电容也发生变化,进而导致第二晶体管的相位发生变化,进一步导致幅度调制对相位失真AM-PM值发生变化。

本公开实施例中,可变电阻与控制电压Vcon成反比;AM-PM与可变电阻呈反比,进而结合图7所示,第二晶体管M2的栅极相位Phase与Vcon的关系在一定范围内呈正比例关系,即导致AM-PM与控制电压Vcon成正比。

本公开实施例中,AM-PM存在下降或增大的情况,因此,需要补偿电路模组可以使得可变电阻在AM-PM下降时下降,以使AM-PM升高;增大时下降,以使AM-PM降低,进而补偿AM-PM失真的情况。

本公开实施例中,结合图8所示,AM-PM增大的原始状态曲线,通过补偿电路模组的补偿后,即Vcon在AM-PM增大后减小,导致导通电阻在AM-PM增大后增大,进而导致使得AM-PM减小,AM-PM的变化曲线由弧线段变成平直段。

本公开实施例中,结合图9所示,AM-PM减小的原始状态曲线,通过补偿电路模组的补偿后,即Vcon在AM-PM减小后增大,导致导通电阻在AM-PM减小后减小,进而导致使得AM-PM增大,AM-PM的变化曲线由弧线段变成平直段。

本公开实施例中,与现有的图1、图2以及图3相比,加入了补偿电路模组,使原本接地的栅极电容与补偿电路模组的可变电阻连接,进而与堆叠晶体管M1和M2组成的回路,通过补偿电路模组调整可变电阻的阻值,实现对AM-PM的补偿,提升了AM-PM的稳定性以及功率放大器的线性度。

本公开实施例中,通过外接的逻辑控制器和/或智能终端:逻辑控制器例如控制器CPU、单片机,智能终端如:智能手机或电脑,调整电路的补偿参数可以实现AM-PM的编程可调。相位补偿电路模组和功率放大器可以集成在芯片内部,成本较低,占用资源少,能改善功率放大器的线性度指标。

本公开实施例中,提供一种补偿方法,利用上述实施例提供的相位补偿电路模组对上述功率放大器的输出信号相位进行补偿,所述方法包括:通过所述检测组件检测所述信号输入端的输入信号;

通过所述控制组件根据所述检测组件检测的所述输入信号输出控制信号;其中,所述控制信号,用于改变接入到所述功率放大器中阻值,所述可变电阻组成所述功率放大器的回路,用于构成所述功率放大器的晶体管的导通阻值;其中,所述晶体管的导通阻值,用于在所述功率放大器的输出信号相位下降时降低,在所述功率放大器的输出信号相位增大时增大;增大或下降后的所述导通阻值,用于使所述输出信号相位变化曲线由弧线段变成平直段。

本公开实施例中,通过外接的逻辑控制器和/或智能终端:逻辑控制器例如控制器CPU、单片机,智能终端如:智能手机或电脑,调整电路的补偿参数可以实现AM-PM的编程可调。相位补偿电路模组和功率放大器可以集成在芯片内部,成本较低,占用资源少,能改善功率放大器的线性度指标。

本公开实施例中,所述方法还包括:

通过所述第一子控制组件根据所述输入信号,输出与所述输入信号呈正比或反比的控制电压;

通过所述第二子控制组件限制所述控制电压的输出电压值范围。

本公开实施例中,所述方法还包括:

通过第一电流镜像所述第一开关管镜像输入信号;

通过所述第一开关管控制所述第二电流镜的导通;

通过所述第二电流镜向所述控制电路镜像与所述输入信号成比例的电流;

通过所述电源向所述控制电路提供上限电压;其中,所述控制电路用于提供按照预设补偿提供变化的阻值;

通过所述第一控制电压开关管控制输出电压;其中,所述控制电压的值为:所述上限电压的值减去,与所述输入信号成比例的电流的值与所述控制电路的阻值的乘积。

本公开实施例中,所述方法还包括:

控制所述第一电流镜通过所述第二开关管镜像输入信号至所述控制电路;其中,所述第二控制电压开关管的电压值为:所述电源提供的电压值以及所述控制电路的电压值的和。

本公开实施例中,所述方法还包括:

通过所述第二子控制组件根据所述控制电压的值,输出所述控制电压的第一电压值或第二电压值;

若所述控制电压与所述输入信号呈正比,且所述控制电压大于最大预设阈值,所述第二子控制组件输出所述控制电压的第一电压值;

若所述控制电压与所述输入信号呈反比,且所述控制电压小于最小预设阈值,所述第二子控制组件输出所述控制电压的第二电压值;

其中,所述第二电压值小于所述第一电压值。

结合上述实施例,提供如下示例:

示例1:一种补偿电路模组,所述补偿电路模组时基于Cgate的射频功率放大器AM-PM的补偿电路。

在现代移动通信系统中,射频前端功率放大器的各项性能指标如功率,效率,线性度等,对整个系统有着重要的影响。通信系统对传输速率要求的不断提升,带来了信号调制方式的复杂化,从而进一步对功率放大器的线性度指标提出了更高的要求。在无记忆效应系统中,功率放大器的线性度指标可以用功率放大器的幅度调制对幅度调制失真(AM-AM)和幅度调制对相位调制失真(AM-PM)来表征。相比于AM-AM失真,AM-PM失真主要是指输入信号进入功率放大器后,因为信号幅度的变化导致的输入输出信号间的相位差的变化。由于放大器本身非线性的存在,随着输入信号的增大,导致晶体管的非线性增强,AM-PM会进一步恶化,进而影响整体的线性度。

在放大器的设计过程中,为了维持AM-PM在一定的变化范围,需要使功率放大器尽量工作在线性功率,以维持线性度的要求,但这同时会导致功率放大器的效率下降,增大整机的功耗。因此,实际设计中,通常需要在二者之间进行折中。

为了维持在一定效率的前提下,提高系统的线性度,就要通过额外的线性化技术方法,从降低AM-AM和AM-PM的变化率入手。传统的线性化技术包括,反馈法,前馈法,数字预失真技术等,对于改善功率放大器的AM-PM失真有一定作用,但是这些方法存在条件苛刻,成本较高,消耗系统资源较多等缺点。

数字预失真(DPD)技术是一种现有的通过补偿AMAM和AM-PM变化,来提高功放的线性度的方法,数字预失真技术通过提取功放输入输出特性并构建功放的功放模型,并以此构造出相应的线性化策略。DPD系统为了修正各种失真,要求采样回来的信号至少为原始信号的五倍。而现代通信系统是宽带处理系统,根据采样定理,为了有效地采集到信号,对于模数和数模转换器的性能如采样率提出了较高的要求,增加了系统的成本和复杂度。

对于常规的功率放大器而言,其基本架构如图1所示,RFin和RFout分别为输入输出节点,放大器电路由补偿网络,M1和M2组成的两层堆叠放大管,Ibias,Vg12组成偏置网络,VDD提供直流馈电网络,经过Choke1接入晶体管的漏端,Cb1和Cb2是输入输出的隔直电容,L1和C1组成输入匹配网络。随着输入信号的增大,功率放大器的非线性增强,放大器的失真现象加剧,其AM-PM失真有两种变化趋势,如图2所示,AM-PM曲线可能随输入功率Pin增大呈现上升趋势,也有可能随输入功率增大呈现减小的趋势,如图2。如果不对这种AM-PM的趋势进行补偿,电路的线性度指标就会进一步恶化,不能满足指标要求。现有的通过前后两级功放的相位相互补偿方法,在整体上可调性能较差,难以应对复杂的AM-PM变化情况。

本发明提出了一种基于Cgate电容调节的AM-PM补偿电路,目的是解决现有电路在大信号输入的条件下,AM-PM失真严重,导致线性度恶化的问题。如图5所示,为带AMAM补偿网络的功率放大器的整体实现框图,相比于图1的常规功率放大器,在原本Cgate的接地端串入一个可变电阻Rgate。其目的在于实现可变电阻Rgate随着输入信号的幅度的变化而变化,建立RFin与Phase之间的函数对应关系,进而影响功率放大器的整体AM-PM。

其中补偿电路由三部分组成,1.由电容Cgate和与之串联的可变电阻Rgate,Rgate的变化可以影响堆叠CMOS的等效电容,从而改变电路的相位变化;2.检测输入信号变化幅度的检波电路Detector,检波电路可以是如图10所示的功率检波电路Power Detector,当输入信号的幅度超出预设的值时,补偿电路开始启动;3.控制可变电阻R1取值的电压控制电路(Voltage Control),以及为了控制可变电阻的变化范围而增加的钳位电路(Vclamp);

该电路的工作原理如下:

当输入信号RFin的幅度超过预设值时,功率放大管M1和M2进入非线性区,电路的AM-PM产生恶化。此时补偿网络里面的检波器检测到输入信号的幅度信号,将其传递给电压控制电路,对于可变电阻Rgate一般采用栅端受控的MOS管来代替,如图6所示。Vcon用来控制Mc管的栅极电压,从而改变MOS管的导通电阻,间接控制Cgate的等效电容,影响电路的相位变化,如图7所示,Vcon的变化会改变电路的相位,Vcon的取值同时受到Mc管子本身特性的限制,当Vcon电压过低,导致低于管子本身的阈值电压Vth,Ron太大影响输出信号相位。因此为了不影响电路的整体输出信号相位,用于控制可变电阻的输出信号Vcon需要在一定的变化范围,才能对AM-PM有较好的调节效果。因此,在电路设计时,增加一个钳位电路Vclamp,限制Vcon的摆幅范围,再输出Vcon信号给可变电阻的控制端口,改变Rgate的电阻值,进而影响Cgate的等效电容值,然后改变电路在大信号下的AM-PM。其中Vcon的升高可以使电路的AM-PM变大,Vcon的降低可以使AM-PM变小。

下面对补偿网络里面的电路进行分析,如上所述,随着输入信号的增大,功率放大器的非线性增强,其AM-PM失真有上升和下降两种趋势,因此对应的补偿网络需要实现对这两种情况的灵活切换,补偿网络控制AM-PM的变化如图8,9所示。本设计通过开关的方式实现上述控制逻辑,CTRAL_Fall_P=1时,表示补偿网络的输出电压Vcon随输入信号的增大而增大,如图14。CTRAL_Fall_N=1时,表示补偿网络的输出电压Vcon随输入信号的增大而减小,如图15的相位补偿电路模组的控制组件中的步进电路等效电阻的对照图所示。

另外,为了灵活调整输入信号RFin与Vcon之间的函数比例关系,实现Vcon的可控步进变化。电路中在Vcon输出节点之前加入由Q9-Q12和R1-R4组成的步进控制电路,如图12所示,CTRL_S<0>,CTRL_S <1>,CTRL_S <2>和CTRL_S <3>四位控制信号控制R1-R4电阻的通断,其等效电阻Req与CTRL_S的控制逻辑如表一所示,通过与流过等效电阻Req本身的电流相乘,得到电压Vout,改变检波电路的输出信号Iout与Vcon之间的比例关系,如图16所示,是当CTRL_S 信号如表一变化,得到的Req1>Req2>Req3时,Iout与Vout斜率变化的示意图,图17显示是对应的等效电阻Req的变化对电路的AM-PM产生的影响。

以下分两种情况进行分析,电路图如图12所示。

1.CTRAL_Fall_N=1时:

检波器的输出信号Iout经过由Q1,Q2,Q3,Q4组成的镜像电流源到达Q5的漏端,此时Q5导通,Q6断开,再经过Q7和Q8组成的镜像电流源,电流信号在VRB端转化成电压信号,Q17,和Q19此时处于关断状态,Q18导通,,由Q9-Q12和R1-R4组成的步进控制电路来控制电压的步进值,同时外接钳位电路防止电压低于预设值,最终再经过开关管Q15和Q16,输出Vcon信号。数学关系如下所示,可以得出随着输入信号Iout的变大,Vcon的电压逐渐变小,最小值稳定在Vclamp。

Vcon=Vref-k1*Iout*Req (Vcon>Vclamp)

Vcon=Vclamp (Vcon<Vclamp)

Vref是预设的直流馈电电压,作为Vcon的起始电压,k1表示Iout经过电流源的变化比例,Req表示步进控制电路的等效电阻产生的变化步长,Vclamp表示钳位电路的预设电压值;

2.CTRAL_Fall_P=1时:

检波器的输出信号Iout经过由Q1,Q2,Q3,Q4组成的镜像电流源到达Q6的漏端,此时Q6导通,Q5关闭,Q7,Q8关闭,电流信号在VRA端转化成电压信号,Q17,Q19处于开启状态,Q18处于关断状态,由Q9-Q12和R1-R4组成的步进控制电路来控制电压的步进值,最终再经过开关管Q13和Q14,输出Vcon信号。数学关系如下:

Vcon=k1*Iout*Req+VRB (Vcon<Vpk)

Vcon=Vpk (Vcon>Vpk)

k1表示Iout经过电流源的变化比例,Req表示步进控制电路的等效电阻产生的变化步长,VRB表示Q17漏端节点处的电压值,Vpk表示Vcon电压的向上摆幅的最大值。

补偿电路拓扑相对简单,设计灵活,通过调整电路的补偿参数可以实现AM-PM的编程可调,易于实现,集成在芯片内部,成本较低,占用资源少,能改善功率放大器的线性度指标。

在本公开实施例中,提供一种补偿设备,所述补偿设备,包括:

处理器;

用于存储处理器可执行指令的存储器;

其中所述处理器用于运行所述计算机服务时,实现上述所述的补偿方法中的步骤。

本领域普通技术人员可以理解:实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成,前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,执行包括上述方法实施例的步骤;而前述的存储介质包括:移动存储设备、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本公开实施例中,提供一种存储介质,所述存储介质中有计算机可执行指令,所述计算机可执行指令被处理器执行实现上述所述的反馈方法中的步骤。

或者,本发明实施例上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括:移动存储设备、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述,仅为本公开的具体实施方式,但本公开的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此,本公开的保护范围应以申请文件的保护范围为准。

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