用于优化功率放大器效率的方法和布置技术

本发明专利技术涉及优化发射器的功率放大器的效率。在根据本发明专利技术的方案中，利用非线性滤波器（３０７）对功率放大器输入信号的检测到的包络（３０６）进行滤波，其中非线性滤波器（３０７）基本上保持包络的波形中波峰的上升时间但延长所述波峰的持续时间。将经过滤波的包络用作对功率放大器的供电电压进行控制的控制系统的输入量（３０８）。对于控制系统而言，对经过滤波的包络的波峰进行反应要易于对包络的波峰进行反应，因为经过滤波的包络的波峰的持续时间比包络的波峰的持续时间长。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于通信设备的发射器。本专利技术具体地涉及优化发射器的功率放大器的效率。
技术介绍
为了优化功率放大器的效率，需要将功率放大器的供电电压保持得尽可能低；在本文中，效率表示：输出信号功率/(输入信号功率+功率放大器的激励(energizing)功率)。另一方面，供电电压必须足够高，使得在功率放大器的输出信号中不会出现削波(clipping)。在包络跟踪功率放大器中，检测放大器的输入信号的包络，并且供电电压是包络检测值的函数。功率放大器靠近所有包络值的压缩点进行操作，由此提供良好的效率。将供电电压保持在最优值是一个具有挑战的任务，特别是在功率放大器的输出信号具有较高的峰均值比时。供电电压的值必须能够很接近地跟随包络值的变化，使得不会发生削波，并且另一方面使功率放大器的效率足够好。为了满足该要求，产生供电电压的可控电压源必须具有足够高的带宽。然而，可控电压源的高带宽意味着可控电源中的高功率损失。例如，在开关模式电源(SMPS)作为可控电压源的情况下，在提高带宽时，必须提高切换频率。提高切换频率提高了切换损失。为了将包络的快速变化考虑在内，一种简单的方案是将供电电压的值保持得很高，使得在不同情况下具有足够的安全限度。然而，这类方法导致了如下情形：供电电压不必要地在很长时间段内较高。供电电压过高意味着不必要的功率损失，特别是在功率放大器的输出级晶体管中。现有技术描述-->图1示出了根据现有技术的包络跟踪功率放大器的高层框图。通过包络检测器103来检测输入信号S_in的包络。通过增益单元104将包络值按比例缩放到适当的范围。通过最大值选择单元108和最小值选择器单元109将增益单元104的输出信号强制在预定最小值Min_V和预定最大值Max_V之间的范围内。最小值选择器单元109的输出信号是控制值Vc，该控制值Vc控制为放大器级101产生供电电压Vs的可控供电单元107。放大器级101的负载由阻抗102表示。增益单元105被配置为将输入信号S_in按比例缩放到适当的范围。从包络的改变到供电电压Vs的相应改变总是存在延迟。这是由于以下事实：包络检测器103、增益单元104、最大值选择器单元108、最小值选择器单元109以及可控供电单元107的带宽是受限的。带宽的共同效应构成了供电电压的控制带宽。包络检测器103、增益单元104、最大值选择器单元108、最小值选择器单元109以及可控供电单元107构成了供电电压Vs的控制系统110。为了对上述延迟效应进行补偿，通过延迟单元106来延迟输入信号S_in。在此例子中，可控供电单元是开关模式电源(SMPS)，其由直流电压Vbatt激励。图2示出了输入信号S_in、输入信号的包络、以及针对与供电电压的不同控制带宽相对应的两种不同情况的作为时间的函数的供电电压Vs值的示例性波形。在两种情况下，曲线201表示输入信号S_in，并且曲线202表示输入信号S_in的包络。仅针对时间轴的一部分绘出曲线201，而输入信号S_in则在图2所示的整个时间轴上延伸。在第一情况下，供电电压的控制带宽比第二情况中的更窄。在第一情况下，曲线203表示供电电压Vc，并且虚线204表示供电电压的时间平均。在第二情况下，曲线205表示供电电压Vc，并且虚线206表示供电电压的时间平均。在这些示例性情况下，输入信号201的波峰与RMS(均方根)的比是相当高的。必须以如下方式来选择时间平均204和206：使供电电压203和205始终充分地位于包络202以上。当图1中的延迟单元106所产生的延迟改变时，表示输入信号及其包络的曲线201和202在图2中沿电平方向移动。必须以如下方式来调-->节延迟：使表示包络的曲线202与表示供电电压Vc的曲线203或者205不相交。从图2可以看出，当控制带宽较大时，可以使供电电压的时间平均较低。供电电压Vc的时间平均的较低值意味着图1中放大器级101的良好效率。另一方面，当控制带宽较大时，延迟调节的精度必需更好。延迟调节所需的高精度意味着复杂的实现以及放大器的缓慢校准过程。此外，控制带宽的较高值意味着图1中的可控电源107中的高功率损失。当包络202具有低时间平均和高尖锐波峰时，情况尤其不利。在这类情况下，为了达到放大器的可接受效率，应当将供电电压Vs的时间平均控制为较低，但是图1中的供电电压控制系统110必须能够对包络的高尖锐波峰进行反应，也即，控制带宽必须足够高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种包络跟踪功率放大器，可以对其效率进行优化，使得与现有技术相关联的局限性和缺点得以消除或者减少。本专利技术的目的还包括提供一种具有包络跟踪功率放大器的移动通信设备，其中可以对该包络跟踪功率放大器的效率进行优化，使得与现有技术相关联的局限性和缺点得以消除或者减少。本专利技术的目的还包括提供一种用于优化包络跟踪功率放大器的效率的方法，使得与现有技术相关联的局限性和缺点得以消除或者减少。本专利技术的目的还包括提供一种例如可以在移动通信设备中使用的发射器，从而使与现有技术相关联的局限性和缺点得以消除或者减少。通过一种方案来实现本专利技术的目的，其中通过非线性滤波器对包络信号进行滤波，所述包络信号表示功率放大器的输入信号的检测到的包络，该非线性滤波器基本上保持包络信号的波形中波峰的上升时间，但延长所述波峰的持续时间。将经过滤波的包络信号用作对供电电压值进行控制的控制系统的输入信号。对于控制系统而言，其对经过滤波的包络信号的波峰进行反应要易于对包络信号的波峰进行反应，因为经过滤波的包络信号的波峰的持续时间比包络信号的波峰的-->持续时间长。与现有技术方案相比，本专利技术得到了显著的益处：降低了功率放大器的功率损失，因为与特定控制带宽相对应的放大器级的效率得以改进，另一方面，可以使用较低控制带宽并且可以达到较好的供电单元效率，而无需牺牲放大器级的效率，由此，降低了功率放大器的电子部件的温度，以及功率放大器的延迟单元的校准，即供电电压与放大器级输入信号的包络之间的调节定时，更快且更容易，因为上述经过滤波的包络信号的波形中波峰的持续时间比包络的波形中的相应波峰持续时间要长。在开关模式电源(SMPS)的情况下，可以降低切换频率并由此可以达到更好的供电单元效率，而无需牺牲放大器级的效率。在电池激励的移动通信设备中，功率损失的降低意味着后续电池充电之间操作时间的增加。根据本专利技术的一种具有放大器级的包络跟踪功率放大器，其特征在于，该包络跟踪功率放大器包括：包络检测器，其被配置为产生包络信号，该包络信号表示该包络跟踪功率放大器的输入信号的包络，非线性滤波器，其被配置为对该包络信号进行滤波，使得基本上保持该包络信号的波形中波峰的上升时间，并且延长所述波峰的持续时间，所述滤波器产生经过滤波的包络信号，以及可控供电单元，其被配置为至少部分地根据所述经过滤波的包络信号来确定供电电压的值，以及产生该供电电压以激励放大器级。根据本专利技术的一种移动通信设备，其特征在于，其包括：具有放大器级的包络跟踪功率放大器，包络检测器，其被配置为产生包络信号，该包络信号表示该包络跟踪功率放大器的输入信号的包络，非线性滤波器，其被配置为对该包络信号进行滤波，使得基本上保持该包络信号的波形中波峰的上升时间，并且延长所述波峰的持续-->时间，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有放大器级的包络跟踪功率放大器，包括：　包络检测器，其被配置为产生包络信号，所述包络信号表示所述包络跟踪功率放大器的输入信号的包络，　非线性滤波器，其被配置为对所述包络信号进行滤波，使得基本上保持所述包络信号波形中波峰的上 升时间，并且延长所述波峰的持续时间，所述滤波器产生经过滤波的包络信号，以及　可控供电单元，其被配置为至少部分地根据所述经过滤波的包络信号来确定供电电压值，以及产生所述供电电压以激励所述放大器级。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-5-5 11/418,8311.一种具有放大器级的包络跟踪功率放大器，包括：包络检测器，其被配置为产生包络信号，所述包络信号表示所述包络跟踪功率放大器的输入信号的包络，非线性滤波器，其被配置为对所述包络信号进行滤波，使得基本上保持所述包络信号波形中波峰的上升时间，并且延长所述波峰的持续时间，所述滤波器产生经过滤波的包络信号，以及可控供电单元，其被配置为至少部分地根据所述经过滤波的包络信号来确定供电电压值，以及产生所述供电电压以激励所述放大器级。2.根据权利要求1所述的包络跟踪功率放大器，其中所述非线性滤波器被配置为：当所述包络信号大于所述经过滤波的包络信号时，具有第一传递函数；以及当所述包络信号小于所述经过滤波的包络信号时，具有第二传递函数。3.根据权利要求1所述的包络跟踪功率放大器，其中所述非线性滤波器包括延迟元件和最大值选择单元，所述延迟元件被配置为形成延迟包络信号，并且所述最大值选择单元被配置为将所述经过滤波的包络信号形成为所述延迟包络信号和所述包络信号的最大值。4.根据权利要求1所述的包络跟踪功率放大器，其中所述可控供电单元包括开关模式电源(SMPS)，其被配置为产生所述供电电压以激励所述放大器级。5.根据权利要求1所述的包络跟踪功率放大器，包括：最大值选择器单元，其被配置为强制所述包络信号至少为预定最小值；以及最小值选择器单元，其被配置为强制所述经过滤波的包络信号至多为预定最大值。6.一种移动通信设备，包括：包络跟踪功率放大器，其具有放大器级，包络检测器，其被配置为产生包络信号，所述包络信号表示所述包络跟踪功率放大器的输入信号的包络，非线性滤波器，其被配置为对所述包络信号进行滤波，使得基本上保持所述包络信号波形中波峰的上升时间，并且延长所述波峰的持续时间，所述滤波器产生经过滤波的包络信号，以及可控供电单元，其被配置为至少部分地根据所述经过滤波的包络信号来确定供电电压值，以及产生所述供电电压以激励所述放大器级。7.根据权利要求6所述的移动通信设备，其中所述非线性滤波器被配置为：当所述包络信号大于所述经过滤波的包络信号时，具有第一传递函数；以及当所述包络信号小于所述经过滤波的包络信号时，具有第二传递函数。8.根据权利要求6所述的移动通信设备，其中所述非线性滤波器包括延迟元件和最大值选择单元，所述延迟元件被配置为形成延迟包络信号，并且所述最大值选择单元被配置为将所述经过滤波的包络信号形成为所述延迟包络信号和所述包络信号的最大值。9.根据权利要求6所述的移动通信设备，包括可控增益单元，其被配置为至少部分地对所述包络跟踪功率放大器的增益改变进行补偿，所述增益改变是由所述包络跟踪功率放大器的输出级晶体管的工作点改变而引起的。10.根据权利要求6所述的移动通信设备，其中所述移动通信设备是移动电话。11.根据权利要求6所述的移动通信设备，其中所述包络检测器被配置为从基带信号检测所述包络信号，其中所述基带信号存在于所述移动通信设备的发射器的基带级之中。12.一种方法，用于优化具有放大器级的包络跟踪功率放大器的效率，所述方法包括：检...

【专利技术属性】
技术研发人员：J弗普塞莱南，J马特罗，
申请(专利权)人：诺基亚公司，
类型：发明
国别省市：FI[芬兰]