一种数字功率发射芯片的阻抗调制系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种数字功率发射芯片的阻抗调制系统及方法，属于无线通信技术领域。该系统分别通过调整多级驱动的功率分配网络和可重构输出匹配网络，实现芯片中数字功放阵列的输入、输出阻抗，与前级输出阻抗、负载阻抗之间的良好匹配，同时通过功率控制信号控制数字功率放大器的状态，使得发射芯片热管理更为有效，大大提升芯片的热可靠性。大大提升芯片的热可靠性。大大提升芯片的热可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种数字功率发射芯片的阻抗调制系统及方法


[0001]本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种直接功率输出数字发射芯片的阻抗调制系统及其调制方法。

技术介绍

[0002]为了满足无线通信、空间互联网、认知无线电等需求，宽带、多带以及多种模式会同时并存，集成芯片实现可重构、高效率已成为了微波发射机的必然要求，而微波功率放大器数字化是实现这些需求的有效技术途径。数字功率放大器在微波开关功率放大器基础上，结合功率编码信号处理，实现全数字微波功率放大(POWER DAC)。
[0003]在数字功率发射芯片中，使用数字功率放大器(Digital Power Amplifiers，简称DPA或数字功放)阵列代替了传统发射机中的数字模拟转换器、混频器单元和功率放大器，实现基带信号直接到射频信号的上变频和功率放大。随着通信系统中不断引入高阶调制和复用调制技术，使得发射机的动态范围和输出精度要求越来越高。数字功率放大器作为新兴的数字发射机方案，发展出包含大量功率放大器单元的数字功率放大器阵列以满足需求。然而在大动态范围信号激励下，数字功放阵列的等效输入阻抗和等效输出阻抗变化巨大，极易产生阻抗失配现象，进而影响数字发射机效率。
[0004]而传统的数字发射芯片中鲜有关注上面提出的问题，数字功放阵列与前后级之间直接连接，或是匹配网络一般在设计时已经固定，并且是不可调节的。如A.Balteanu(A.Baltean u et al.,"A 2
‑
Bit,24dBm,Millimeter
‑/>Wave SOI CMOS Power
‑
DAC Cell for Watt
‑
Level Hi gh
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Efficiency,Fully Digital m
‑
ary QAM Transmitters,"in IEEE Journal of Solid
‑
State Circui ts,vol.48,no.5,pp.1126
‑
1137,May 2013,doi:10.1109/JSSC.2013.2252752.)等人的研究中，功放差分输出直接接入差分贴片天线。
[0005]因此，对数字功放阵列的输入、输出阻抗进行阻抗调制，解决大动态范围信号激励下数字发射机中阻抗失配问题，对于进一步提升数字发射机性能极为重要。

技术实现思路

[0006]针对
技术介绍
所存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种数字功率发射芯片的阻抗调制系统及其调制方法。该系统分别通过调整多级驱动的功率分配网络和可重构输出匹配网络，实现芯片中数字功放阵列的输入、输出阻抗，与前级输出阻抗、负载阻抗之间的良好匹配，同时通过功率控制信号控制数字功率放大器的状态，使得发射芯片热管理更为有效，大大提升芯片的热可靠性。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种数字功率发射芯片的阻抗调制系统，包括驱动功率分配网络、数字功放阵列、可重构输出匹配网络和数字控制模块；
[0009]所述驱动功率分配网络由n级驱动功率分配子单元级联形成，每一级驱动功率分配子单元包括功率分配模块和与功率分配模块连接的若干路驱动功率放大器，第n级的功
率分配模块的输入和第n
‑
1级的驱动功率放大器的输出相连接，第n级驱动功率放大器的输出连接数字功放阵列中高均匀权重(即Most Significant Bit,MSB)数字功放阵列的输入；
[0010]所述数字功放阵列包括高均匀权重数字功放阵列和低非均匀权重(即Least Significant Bi t,LSB)数字功放阵列；所述高均匀权重数字功放阵列由m个数字功放子阵列组成，每个数字功放子阵列包含相同数目的数字功率放大器；所述低非均匀权重数字功放阵列包括若干个数字功率放大器和耦合单元；
[0011]所述可重构输出匹配网络用于实现数字功放阵列输出阻抗与数字发射芯片的负载阻抗之间的匹配，以及对数字功放阵列的输出进行功率合成，包括依次连接的输出预匹配单元、功率合成单元和可变参数元件匹配单元；所述输出预匹配单元用于对数字功放阵列的输出阻抗进行预匹配，功率合成单元将各个数字功放子阵列的输出进行功率合成，可变参数元件匹配单元对数字发射芯片的负载阻抗作调制；
[0012]所述数字控制模块用于对基带信号量化编码得到功率编码信号，从而实现对驱动功率分配网络、数字功放阵列和可重构输出匹配网络的控制，即数字控制模块对基带信号量化编码得到功率编码信号，再将该信号转码为功率控制信号A～A"、静态电压控制信号B、B'和可变参数控制信号C；其中，功率控制信号A～A"用于控制驱动功率分配网络中驱动功率放大器的工作状态，静态电压控制信号B、B'分别为数字功放阵列中的高均匀权重数字功放和低非均匀权重数字功放提供有效偏置，可变参数控制信号C控制可重构输出匹配网络中的可变参数元件匹配单元；
[0013]相位调制信号分别输入驱动功率分配网络中第一级驱动功率分配子单元的功率分配模块，和数字功放阵列的低非均匀权重数字功放阵列；其中，驱动功率分配网络中的功率分配模块用于将输入的相位调制信号作等功率分配，然后驱动功率放大器将信号进行功率放大，最后输出至高均匀权重数字功放阵列，同时驱动功率分配网络对高均匀权重数字功放阵列的输入阻抗进行调制；高均匀权重数字功放阵列用于在功率控制信号的控制下对相位调制信号作幅度调制，获得包含功率控制信号高位幅度信息的幅相调制信号，然后输出至可重构输出匹配网络的预匹配单元，经阻抗匹配后输入至功率合成单元；低非均匀权重数字功放阵列用于在功率控制信号的控制下对相位调制信号作幅度调制，获得包含功率控制信号低位幅度信息的幅相调制信号，输入至功率合成单元；功率合成单元将合成后的功率信号输入至可变参数元件匹配单元，然后送至发射芯片负载或天线。
[0014]进一步地，除第一级驱动功率分配子单元外的其它级驱动功率分配子单元中，与功率分配模块连接的驱动功率放大器的路数可以相同或不同。
[0015]进一步地，末级驱动功率放大器的总数等于数字功放阵列中所有高均匀权重数字功放的数目，末级驱动功率分配子单元的个数等于高均匀权重数字功放子阵列的个数，每个末级驱动功率分配子单元中包含的驱动功率放大器数目等于单个高均匀权重数字功放子阵列中数字功放的数目。
[0016]进一步地，所述功率分配模块除了对输入信号作若干路等功率分配外，还能够实现在后接的驱动功率放大器通断状态改变的情况下，使自身的输入阻抗保持稳定；所述驱动功率放大器用于为下一级的功率分配模块或者数字功放阵列提供合适的输入功率，其工作状态受到数字控制模块的控制。
[0017]进一步地，高均匀权重数字功放阵列中的m个数字功放子阵列在版图上布局具有
对称性，用于避免出现芯片局部过热导致芯片性能恶化和可靠性降低的现象。
[0018]一种数字功率发射芯片阻抗调制的方法，该方法包括：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数字功率发射芯片的阻抗调制系统，其特征在于，包括驱动功率分配网络、数字功放阵列、可重构输出匹配网络和数字控制模块；所述驱动功率分配网络由n级驱动功率分配子单元级联形成，每一级驱动功率分配子单元包括功率分配模块和与功率分配模块连接的若干路驱动功率放大器，第n级的功率分配模块的输入和第n
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1级的驱动功率放大器的输出相连接，第n级驱动功率放大器的输出连接数字功放阵列中高均匀权重数字功放阵列的输入；所述数字功放阵列包括高均匀权重数字功放阵列和低非均匀权重数字功放阵列；所述高均匀权重数字功放阵列由m个数字功放子阵列组成，每个数字功放子阵列包含相同数目的数字功率放大器；所述低非均匀权重数字功放阵列包括若干个数字功率放大器和耦合单元；所述可重构输出匹配网络用于实现数字功放阵列输出阻抗与数字发射芯片的负载阻抗之间的匹配，以及对数字功放阵列的输出进行功率合成，包括依次连接的输出预匹配单元、功率合成单元和可变参数元件匹配单元；所述输出预匹配单元用于对数字功放阵列的输出阻抗进行预匹配，功率合成单元将各个数字功放子阵列的输出进行功率合成，可变参数元件匹配单元对数字发射芯片的负载阻抗作调制；所述数字控制模块用于对基带信号量化编码得到功率编码信号，从而实现对驱动功率分配网络、数字功放阵列和可重构输出匹配网络的控制，即数字控制模块对基带信号量化编码得到功率编码信号，再将该信号转码为功率控制信号A～A"、静态电压控制信号B、B'和可变参数控制信号C；其中，功率控制信号A～A"用于控制驱动功率分配网络中驱动功率放大器的工作状态，静态电压控制信号B、B'分别为数字功放阵列中的高均匀权重数字功放和低非均匀权重数字功放提供有效偏置，可变参数控制信号C控制可重构输出匹配网络中的可变参数元件匹配单元；相位调制信号分别输入驱动功率分配网络中第一级驱动功率分配子单元的功率分配模块，和数字功放阵列的低非均匀权重数字功放阵列；其中，驱动功率分配网络中的功率分配模块用于将输入的相位调制信号作等功率分配，然后驱动功率放大器将信号进行功率放大，最后输出至高均匀权重数字功放阵列，同时驱动功率分配网络对高均匀权重数字功放阵列的输入阻抗进行调制；高均匀权重数字功放阵列用于在功率控制信号的控制下对相位调制信号作幅度调制，获得包含功率控制信号高位幅度信息的幅相调制信号，然后输出至可重构输出匹配网络的预匹配单元，经阻抗匹配后输入至功率合成单元；低非均匀权重数字功放阵列用于在功率控制信号的控制下对相位调制信号作幅度调制，获得包含功率控制信号低位幅度信息的幅相调制信号，输入至功率合成单元；功率合成单元将合成后的功率信号输入至可变参数元件匹配单元,然后送至发射芯片负载或天线。2.如权利要求1所述的阻抗调制系统，其特征在于，除第一级驱动功率分配子单元外的其它级驱动功率分配子单元中，与功率分配模块连接的驱动功率放大器的路数相同或不同。3.如权利要求1所述的阻抗调制系统，其特征在于，末级驱动功率放大器的总数等于数字功放阵列中所有高均匀权重数字功放的数目，末级驱动功率分配子单元的个数等于高均匀权重数字功放中数字功放子阵列的个数，每个末级驱动功分子单元中包含的驱动功率放大器数目等于单个数字功放子阵列中数字功放的数目。
4.如权利要求1所述的阻抗调制系统，其特征在于，所述功率分配模块除了对输入信号作若干路等功率分配外，还能够实现在后接的驱动功率放大器通断状态改变的情况下，限制自身的输入阻抗保持稳定；所述驱动功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈茵，游飞，马明明，吴雯祺，陈雪蕾，何倩，秦荣兴，王瑜，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：