一种自适应高带宽包络线跟踪电源及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种自适应高带宽包络线跟踪电源及其控制方法，包括：阶梯波电压发生电路、自适应控制电路和A类线性放大器；所提出的自适应控制方法将m组拟合脉冲信号中脉宽时间不能满足开关管完全开通的窄脉宽根据开关管最短完全开通时长和射频信号带宽需求自适应的延长；将m组拟合脉冲信号中脉宽时间不能满足开关管完全关断的窄脉冲自适应的填平，在高带宽包络跟踪的条件下，实现了每个电压发生电路中开关频率相对于跟踪信号频率的m/n降频,拓展了窄开通脉冲使得开关管完全开通，确保了阶梯波电压的完全建立，避免了射频信号的失真；填平了窄关断脉冲，进一步降低了开关频率，提升了高带宽包络跟踪的效果。提升了高带宽包络跟踪的效果。提升了高带宽包络跟踪的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种自适应高带宽包络线跟踪电源及其控制方法


[0001]本专利技术涉及无线通信的
，尤其涉及一种自适应高带宽包络线跟踪电源及其控制方法。

技术介绍

[0002]移动通信作为无线通信的一种现代化技术，自20世纪70年代以来得到了迅猛发展，至今可基本分为五代。截止到2020年11月底，中国移动电话用户规模超16亿户，其中第四代(4th Generation,4G)移动通信用户规模为12.76亿户，占移动电话用户的79.7％，占比稳步提高。目前全球已经进入第五代(5th Generation,5G)移动通信，到2024年35％的全球移动数据流量将由5G网络承担，从第一代到第五代，移动通信技术的进步带动了全球经济发展、影响了高科技产业的走向、改变了人们的生活方式，但同时也带来了巨大的能源消耗。
[0003]第一代(1st Generation,1G)移动通信采用模拟电路的蜂窝网技术，其主要实现方式为频分多址和载波复用，传输信号差错率高且不能传递数字信息；第二代(2nd Generation,2G)移动通信采用数字调制方式，对射频(Radio Frequency,RF)输入信号进行频率和相位调制，可以传输声音、文字等信息，但数据传输速率较低。第一代和第二代移动通信技术中输入信号的包络线幅值都是恒定的，采用恒压供电的非线性功率放大器(Power Amplifier,PA)即可实现对RF输入信号的放大；但是在第三代(3rd Generation,3G)和4G移动通信技术中，以正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)包络信号为代表的RF信号的幅值为非恒定值，且具有高功率峰均比(Peak
‑
to
‑
Average Power Ratio,PAPR)。
[0004]当RF信号的包络电压不为恒定值时，若采用恒压供电方式，供电电压与RF信号包络之间的电压差较大，效率较低；而若采用包络线跟踪供电方式，将有效地减小供电电压与RF信号包络之间的电压差，以大幅减少损耗、提高效率。
[0005]目前，实现PA高效率工作的方式主要有三种，分别是Doherty技术、包络线消除及恢复(Envelope Elimination and Restoration,EER)技术以及包络线跟踪技术(Envelope Tracking,ET)。其中Doherty技术需使用主次功放协同工作，成本较高，并且工作带宽较低；EER技术采用非线性功放，需要包络线恢复环节的输出电压与输入信号的包络线幅值完全一致，对功放的供电要求更加严苛；ET技术中，包络线输出电压跟踪射频参考信号，并且略高于RF参考信号的包络，对PA的供电方式没有EER技术中的电源要求严苛，因此ET技术具有较好的应用前景及实现方式，由于ET电源所需跟踪的是RF信号的包络线，其带宽最高达几十MHz，而开关变换器直接跟踪变化幅值的参考信号时，其开关频率往往需要达到参考信号频率的5～10倍，这使得开关频率过高难以实现；同时，超高的信号带宽所导致的过高的开关频率还会导致开关器件的开通和关断时间缩短至几个ns级别，开关过程不够充分，甚至发生脉冲丢失，大大降低了系统可靠性，也严重限制了ET电源跟踪带宽的提高。

技术实现思路

[0006]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0007]鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。
[0008]因此，本专利技术解决的技术问题是：提出了一种自适应高带宽包络线跟踪电源及其控制方法，对拟合脉冲信号中脉宽不满足条件的窄开通脉冲和窄关断脉冲自动检测并自适应的做出相应处理，避免了高带宽跟踪条件下射频信号的失真，极大地提升了跟踪效果；同时，在将开关频率与跟踪信号频率的比值降低为m/n的基础上，进一步降低了开关频率，大大提升高带宽包络线跟踪的可行性，同时有效拓展开关管的开通及关断时间，提升开关管高频工作时的可靠性。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：阶梯波电压发生电路、自适应控制电路和A类线性放大器；所述阶梯波电压发生电路由n个电压发生电路单元串联而成；所述A类线性放大器包括功率管Q
lin
、电压调节器、延时电路单元和分压电路单元。
[0010]作为本专利技术的自适应高带宽包络线跟踪电源的一种优选方案，其中：还包括，所述电压发生电路单元包括一个电压源V
n
、主开关管Q
n1
和辅开关管Q
n2
，所述电压源V
n
的电压值为V
H
且所述电压值根据实际需求自行设置，所述电压源V
n
的正极与所述主开关管Q
n1
漏极连接，所述电压源V
n
的负极与所述辅开关管Q
n2
的源极连接，所述主开关管Q
n1
的源极与所述辅开关管Q
n2
的漏极连接，第n
‑
1个电压发生电路单元中主开关管与辅开关管的连接点与第n个电压发生电路单元中电压源V
n
的负极连接，第一个电压发生电路单元辅开关管的源极接地。
[0011]作为本专利技术的自适应高带宽包络线跟踪电源的一种优选方案，其中：还包括，所述A类线性放大器包括功率管Q
lin
、电压调节器、延时电路单元和分压电路单元，所述功率管Q
lin
的漏极与第n路电压发生电路单元中主开关管与辅开关管的连接点连接，所述功率管Q
lin
的源极与所述分压电路单元的输入端连接，同时，所述分压电路单元的输入端与负载R
L
的一端连接，所述负载R
L
的另一端接地，所述分压电路单元的输出端接地，所述延时电路单元的输入端连接参考电压信号，所述延时电路单元的输出端与所述电压调节器的输入端连接，所述电压调节器的输出端与所述功率管Q
lin
的栅极连接，所述控制电路与n个电压发生电路单元中的主开关管和辅开关管的栅极连接。
[0012]为解决上述技术问题，本专利技术还提供了一种应用于自适应高带宽包络线跟踪电源的控制方法，包括：将参考信号与m个单调递增的门限电平值比较，若参考信号大于所述门限电平值，则将该组拟合脉冲信号置一，若参考信号小于所述门限电平值，则将该组拟合脉冲信号置零，由此触发m组包含上升沿与下降沿的脉冲信号，高电平脉冲与低电平脉冲宽度由参考信号幅值变化决定；对所述拟合脉冲信号自适应处理，将m组自适应处理后的拟合脉冲信号按照时序取其上升沿，依次分配给各电压发生电路单元中的主开关管作为开通控制信号，将m组自适应处理后的拟合脉冲信号按照时序取其下降沿，依次分配给各电压发生电路单元中的主开关管作为关断控制信号；通过取反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自适应高带宽包络线跟踪电源，其特征在于，包括：阶梯波电压发生电路、自适应控制电路和A类线性放大器；所述阶梯波电压发生电路由n个电压发生电路单元串联而成；所述A类线性放大器包括功率管Q
lin
、电压调节器、延时电路单元和分压电路单元。2.如权利要求1所述的自适应高带宽包络线跟踪电源，其特征在于：还包括，所述电压发生电路单元包括一个电压源V
n
、主开关管Q
n1
和辅开关管Q
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，所述电压源V
n
的电压值为V
H
且所述电压值根据实际需求自行设置，所述电压源V
n
的正极与所述主开关管Q
n1
漏极连接，所述电压源V
n
的负极与所述辅开关管Q
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的源极连接，所述主开关管Q
n1
的源极与所述辅开关管Q
n2
的漏极连接，第n
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1个电压发生电路单元中主开关管与辅开关管的连接点与第n个电压发生电路单元中电压源V
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的负极连接，第一个电压发生电路单元辅开关管的源极接地。3.如权利要求1所述的自适应高带宽包络线跟踪电源，其特征在于：还包括，所述A类线性放大器包括功率管Q
lin
、电压调节器、延时电路单元和分压电路单元，所述功率管Q
lin
的漏极与第n路电压发生电路单元中主开关管与辅开关管的连接点连接，所述功率管Q
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的源极与所述分压电路单元的输入端连接，同时，所述分压电路单元的输入端与负载R
L
的一端连接，所述负载R
L
的另一端接地，所述分压电路单元的输出端接地，所述延时电路单元的输入端连接参考电压信号，所述延时电路单元的输出端与所述电压调节器的输入端连接，所述电压调节器的输出端与所述功率管Q
lin
的栅极连接，所述控制电路与n个电压发生电路单元中的主开关管和辅开关管的栅极连接。4.如权利要求1所述的一种应用于自适应高带宽包络线跟踪电源的控制方法，其特征在于，包括：将参考信号与m个单调递增的门限电平值比较，若参考信号大于所述门限电平值，则将该组拟合脉冲信号置一，若参考信号小于所述门限电平值，则将该组拟合脉冲信号置零，由此触发m组包含上升沿与下降沿的脉冲信号，高电平脉冲与低电平脉冲宽度由参考信号幅值变化决定；对所述拟合脉冲信号自适应处理，将m组自适应处理后的拟合脉冲信号按照时序取其上升沿，依次分配给各电压发生电路单元中的主开关管作为开通控制信号，将m组自适应处理后的拟合脉冲信号按照时序取其下降沿，依次分配给各电压发生电路单元中的主开关管...

【专利技术属性】
技术研发人员：郗焕，李君，顾成杰，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：