一种包络调制器和包络跟踪功率放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种包络调制器，包括包络处理电路、第一开关放大器、第二开关放大器、线性放大级单元、开关放大级单元；包络处理电路对包络输入信号进行包络降带宽从而驱动第一开关放大器和第二开关放大器工作；第一开关放大器和第二开关放大器给线性放大级单元提供高、低电源；线性放大级单元总的输出电流被电阻感应之后控制开关放大级输出电流。其中，所述包络处理电路为低通滤波器。还提供了一种采用上述包络调制器的包络跟踪功率放大器。本发明专利技术可以集成在单芯片内，降低了包络调制器中线性放大级的输出功耗，同时不需要基带算法支持，降低了射频发射链路的复杂度，提高了可靠性。本发明专利技术应用范围更广且效率更高。

【技术实现步骤摘要】
一种包络调制器和包络跟踪功率放大器
本专利技术属于无线通信
，尤其涉及一种包络调制器和包络跟踪功率放大器。
技术介绍
高效率的射频功率放大器在便携式无线通讯系统(蜂窝网络电话，可编程数字采购系统，笔记本电脑)中主导系统的功耗而占据举足轻重的地位。放大非恒定包络信号的传统方法是使A类或者AB类工作在功率回退区直到失真在可接受范围之内，然而这种方法大大降低了效率尤其是对高的峰均比信号，在功放的效率和线性度之间存在一个折衷关系。针对这一问题，人们先后提出了包络消除与恢复、预失真、前馈、Doherty、包络跟踪、非线性控制的线性放大、动态栅极偏置技术。如图1所示，现有技术中包络跟踪功率放大器包括功率放大器(PA)和包络调制器(EnvelopeModulator)，包络调制器连接于功率放大器的电源端。其中，包络调制器中采用的包络跟踪技术是提高功放处理高峰均比信号时效率的一种技术，动态电压给功率管的漏级或集电极供电。包络跟踪技术主要的难点在于：(1)包络信号的带宽要比基带信号大得多，高效率的包络放大器设计变得更加困难。(2)由于调制方式的更新，包络信号的峰均比越来越大，当平均射频输出功率达到35～50dBm时，线性输出级的推拉电流产生的功耗在5～20W的范围内，从而包络调制器的功耗大大增加。为了克服开关放大器的带宽限制和线性放大器在回退区的低效率，学术界提出了混合型包络放大器结构。开关放大器提供平均功率和一部分高频功率，而线性电源提供剩余的功率并由于低输出阻抗而具有滤波的作用，可以吸收由开关电源所产生的电流纹波而实现良好的带外噪声抑制性能。线性放大级输出晶体管上的功率损耗是导致包络调制器效率低下的主要来源之一，在输入包络急剧变化时线性电源能够输出峰值功率，在大部分时间则输出低于峰值的功率。所以现有技术中的包络调制器调制效率低下，可靠性低。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术针对现有技术存在的问题，本专利技术的主要目的在于提供一种有效提高调制效率，增加可靠性的包络调制器。技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供了一种包络调制器，包括包络处理电路、第一开关放大器、第二开关放大器、线性放大级单元和开关放大级单元；包络处理电路对包络输入信号进行包络降带宽从而驱动第一开关放大器和第二开关放大器工作；第一开关放大器和第二开关放大器分别给线性放大级单元提供高、低电源；线性放大级单元总的输出电流被第一电阻感应之后控制开关放大级的输出电流。为了提供可变的线性输出电路电源电压，同时可以实时调节线性放大级的电源电压，所述第一开关放大器包括依次连接偏置叠加电路和第一buck变换器；其中偏置叠加电路的输入端与包络处理电路连接，第一buck变换器的输出端与线性放大级单元连接。为了提供可变的线性输出电路电源电压，同时可以实时调节线性放大级的电源电压，所述第二开关放大器包括第二buck变换器，第二buck变换器的输入端与包络处理电路连接，输出端与线性放大级单元连接。为了矫正经过不同电路的输出所产生的延时，还包括第一延时单元、第二延时单元和第三延时单元，其中，第一延时单元设置在第一开关放大器中；第二延时单元的输入端与包络输入信号连接，第二延时单元的输出端与线性放大级单元连接；第三延时单元设置在第二开关放大器中。第一延时单元、第二延时单元和第三延时单元均由反相器链构成，使得buck变换器输出电压与线性放大级单元输出匹配。本专利技术还提供了一种采用上述包络调制器的包络跟踪功率放大器，包括功率放大器和包络调制器，功率放大用于射频信号的功率放大，包括输入信号进入包络调制器后为功率放大器供电；其中，包络调制器包括包络处理电路、第一开关放大器、第二开关放大器、线性放大级单元、开关放大级单元；包络处理电路对包络输入信号进行包络降带宽从而驱动第一开关放大器和第二开关放大器工作；第一开关放大器和第二开关放大器给线性放大级单元提供高、低电源；线性放大级单元总的输出电流被第一电阻感应之后控制开关放大级输出电流为功率放大器供电。工作原理：当输入信号到达高于平均值的波峰或低于平均值的波谷时，包络调制器中开关放大级单元的输出电流也会随之变化，因此线性放大级单元的输出晶体管产生的推拉电流大小会增加或减小，从而导致包络调制器的输出总电流变化，其中在推拉电流的过程中，输出NMOS或PMOS晶体管会同时推拉输出较大的电流从而导致较大的功耗，第一开关放大器和第二开关放大器的存在可以减小在工作过程中NMOS或PMOS晶体管上流过的电流同时输出开关放大级单元所需要的同样大小的电流，双buck变换器产生随之增加的高电源与减小的低电源，为线性放大级单元提供随输入变化的电源电压，PMOS管可以产生更强的电流而NMOS管上流过的电流减小，从而降低其输出晶体管上的功耗，最终提高整个包络调制器的效率。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术提供的包络跟踪功率放大器结构，片上实现了包络降带宽及线性放大级的电源，不需要复杂的基带算法的支持，大大降低了包络跟踪系统的复杂度，提高了可靠性。2、由于该结构是在功率放大器的电源调制的基础上引入了双电源调制的线性放大级单元，所以该结构在输出调制信号下效率优于传统的固定电源电压功率放大器。3、由于该结构是基于输入降带宽包络信号的buck变换器，所以该buck变换器的尺寸远小于原包络调制器中开关放大级的尺寸，从而节约了芯片的成本。附图说明图1是现有技术中包络跟踪功率放大器结构示意图；图2是本专利技术提供包络跟踪功率放大器结构示意图；图3是现有技术的包络调制器中线性放大级单元的输出晶体管瞬时功耗曲线；其中输入包络信号为正弦波；图4是本专利技术中线性放大级单元的输出晶体管瞬时功耗曲线；其中输入包络信号为正弦波；图5是现有技术的包络调制器中线性放大级单元的输出晶体管上的瞬态电流；其中输入包络信号为QAM调制；图6是本专利技术中线性放大级单元的输出晶体管上的瞬态电流；其中输入包络信号为QAM调制。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做更进一步的解释。如图2所示，本实施例中提供了一种包络跟踪功率放大器，包括功率放大器和包络调制器，功率放大用于射频信号的功率放大，输入信号进入包络调制器后为功率放大器供电。其中，包络调制器包括包络处理电路、第一开关放大器、第二开关放大器、线性放大级单元、开关放大级单元；包络处理电路包括低通滤波器，主要用以产生较基带包络信号带宽更低的信号，从而驱动第一开关放大器和第二开关放大器工作；第一开关放大器和第二开关放大器给线性放大级单元提供高低电源，从而降低整个包络调制器的功耗；线性放大级单元总的输出电流被第一电阻Rsen感应之后控制开关放大级输出更大的电流为功率放大器供电。第一开关放大器中包括依次连接的第一延时单元、偏置叠加电路和第一buck变换器。第二开关放大器中包括依次连接的第三延时单元和第二buck变换器。第一开关放大器中的第一buck变换器根据输入的降带宽包络信号产生随之同步变化的电源，第一buck变换器产生的电源控制线性放大级单元中第一PMOS晶体管M1的源极电压，在输入包络到达峰值时电源随之升高从而输出第一PMOS晶体管M1产生更大的电流；同时第二开关放大器中的第二buck变换器产生随之增加的电源，第二buck变换器产生的电源控制线性放大级单元中第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包络调制器，其特征在于：包括包络处理电路、第一开关放大器、第二开关放大器、线性放大级单元和开关放大级单元；包络处理电路对包络输入信号进行包络降带宽从而驱动第一开关放大器和第二开关放大器工作；第一开关放大器和第二开关放大器分别给线性放大级单元提供高、低电源；线性放大级单元总的输出电流被第一电阻感应之后控制开关放大级的输出电流。

【技术特征摘要】
1.一种包络调制器，其特征在于：包括包络处理电路、第一开关放大器、第二开关放大器、线性放大级单元和开关放大级单元；包络处理电路对包络输入信号进行包络降带宽从而驱动第一开关放大器和第二开关放大器工作；第一开关放大器和第二开关放大器分别给线性放大级单元提供高、低电源；线性放大级单元总的输出电流被第一电阻感应之后控制开关放大级的输出电流。2.根据权利要求1所述的包络调制器，其特征在于：所述包络处理电路为低通滤波器。3.根据权利要求1所述的包络调制器，其特征在于：所述第一开关放大器包括依次连接偏置叠加电路和第一buck变换器；其中偏置叠加电路的输入端与包络处理电路连接，第一buck变换器的输出端与线性放大级单元连接。4.根据权利要求1所述的包络调制器，其特征在于：所述第二开关放大器包括第二buck变换器，第二buck变换器的输入端与包络处理电路连接，输出端与线性放大级...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建辉，杨丹，陈超，李红，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32