CN109217830A - 射频功率放大器开关控制电路、射频前端发射链路及接收链路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无线电通信技术领域，具体涉及一种射频功率放大器开关控制电路、射频前端发射链路及接收链路。该射频功率放大器开关控制电路包括依次电连接的耦合器、信号放大器、检波器、比较器和模拟开关，通过射频功率放大器开关控制电路检测射频输入信号来判断发射链路/接收链路是否处于发射通信/接收通信状态，进而对发射链路/接收链路的射频功率放大器电源进行开关，因此在没有通信的待机状态，发射链路/接收链路的射频功率放大器便处于关断的状态，实现了无线电通信系统发射链路/接收链路低功耗的效果。
Description
技术领域
本发明涉及无线电通信技术领域，具体涉及一种射频功率放大器开关控制电路、射频前端发射链路及接收链路。
背景技术
在时分多址(TDMA)系统中，信号的发射和接收是不连续的，而在间隙的时间段中收发信道则会处在待机状态，因此降低待机功耗就变得尤为重要。特别是在电池供电的系统中，待机功耗将直接关系到设备的待机时间。
在时分多址的无线电系统中，功耗主要来源于发射链路的射频功率放大器，而通常关断射频功率放大器的方式为：基带给出TTL控制信号对射频功率放大器的电源进行开关控制。但是在对系统响应时间要求较高的场合，直接调制射频功率放大器的电源很难实现系统对开关时间的要求，但如果将射频功率放大器长开则会有较大的静态功耗。以输出功率为10W的射频功率放大器为例，其静态功耗会达到几瓦的量级，这样便无法实现低功耗待机并且导致能量的无功消耗。
另外在无线通信的一线通系统中，由于射频信号和电源馈电皆是通过一根同轴线馈入到射频前端，这样便没有TTL控制信号对射频前端的射频功率放大器进行电源开关，而直接关掉供电电源又会存在响应时间跟不上的弊端，因此传统应用一线通的系统待机功耗都比较大。
发明内容
有鉴于此，为了克服上述现有技术的不足，本发明对发射链路/接收链路的工作方式以及射频功率放大器的电源开关控制进行了优化和改进，从而可以在整个发射链路/接收链路快速响应的前提下，降低TDMA(Time Division Multiple Access时分多址)系统的待机功耗。
为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种射频功率放大器开关控制电路，其特征在于，包括依次电连接的耦合器、信号放大器、检波器、比较器和模拟开关，其中，所述耦合器的输入端与射频信号输入链路电连接，所述耦合器的第一输出端和所述模拟开关的输出端分别与所述射频功率放大器的输入端电连接，所述耦合器的第二输出端与所述信号放大器的输入端电连接。
优选的，所述耦合器的第一输出端与所述射频功率放大器的输入端通过电容C14电连接。
优选的，所述耦合器的第二输出端与所述信号放大器的输入端通过电容C6电连接，所述信号放大器的输入端还通过电感L1后接地。
优选的，所述信号放大器的输出端依次通过电容C7、电容C5后与所述检波器的输入端电连接，所述电容C7和所述电容C5的连接电路通过电阻R3后接地。
优选的，所述检波器的输出端与所述比较器的输入端之间通过电阻R1电连接；由电容C4和电阻R2组成的并联电路一端接地，另一端连接在所述电阻R1与所述比较器的输入端的连接电路上。
优选的，所述比较器的输出端与所述模拟开关的输入端通过电阻R6电连接。
优选的，所述模拟开关的输出端依次通过电感L2、电阻R7后与所述射频功率放大器的输入端电连接；所述射频功率放大器的输入端还通过电容C10后接地。
优选的，所述模拟开关的供电引脚串联有微法级或纳法级电容。
本发明还提供一种射频前端发射链路，包括上述的射频功率放大器开关控制电路。
本发明还提供一种射频前端接收链路，包括上述的射频功率放大器开关控制电路。
本申请与现有技术相比，其有益效果详细说明如下：本发明采用射频功率放大器开关控制电路检测射频输入信号来判断是否处于发射通信/接收通信状态，进而对发射链路/接收链路的射频功率放大器电源进行开关，因此在没有通信的待机状态，发射链路/接收链路的射频功率放大器便处于关断的状态，实现了无线电系统发射链路/接收链路低功耗的效果。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的射频功率放大器开关控制电路原理图；
图2为本发明实施例2提供的射频功率放大器开关控制电路电路图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明实施例1提供一种射频功率放大器开关控制电路，包括依次电连接的耦合器、信号放大器、检波器、比较器和模拟开关，其中，耦合器的输入端与射频信号输入链路电连接，耦合器的第一输出端和模拟开关的输出端分别与射频功率放大器的输入端电连接，耦合器的第二输出端与信号放大器的输入端电连接。其中，射频信号输入链路可以为发射链路也可以为接收链路。
射频功率放大器开关控制电路的工作方式为：当有射频信号产生并输入时，耦合器便将部分能量耦合到检波支路，并由信号放大器将信号功率放大到检波器可检测的电平范围，然后由检波器完成从射频信号到低频包络信号的转变，之后再经过比较器设置开关门限并输出TTL或CMOS电平到模拟开关，最后由模拟开关控制射频功率放大器的栅极从而实现对射频功率放大器的电源进行开关。
在射频功率放大器开关控制电路中，耦合器最好选用耦合度比较低的器件，这样可以降低对检波支路的信号放大器的增益要求。检波支路的信号放大器在系统待机时需要处于静态状态，所以最好选用P1dB较低而增益较高的低功耗信号放大器。很多系统的发射功率/接收功率会是一个动态范围，因此最好选用具有宽动态的快速响应型检波器，国外芯片公司有响应时间为25ns并且具有35dB动态范围的器件。比较器可以选用开关时间在几个纳秒的器件，至于模拟开关仍需选择快速响应型，实际中可以根据射频功率放大器的类别选用开关正压或者负压的器件，在市面上可以选到开关时间为30ns左右的器件。这样整个射频功率放大器开关控制电路的响应时间在100ns以内，而且还可以根据实际需要选用响应时间更快的器件来进一步降低射频功率放大器开关控制电路的响应时间。
如图2所示，本发明实施例2提供一种射频功率放大器开关控制电路，设置在发射链路上，根据该发射链路的参数，射频功率放大器开关控制电路对主要器件的选型如下：发射链路：耦合器W1：BDCN-7-25+、发射输出端：射频功率放大器A1：NCE28S；检波支路：信号放大器N1：NCE17Q、检波器N2：LT5534ESC6、比较器N3：ADCMP608BKSZ、模拟开关N4：ADG619BRT。
具体的，耦合器W1的输入端IN引脚电连接发射链路RFin，即等待接收发射信号，CPR引脚通过电阻R8后接地，第一输出端OT引脚通过电容C14与射频功率放大器A1的输入端IN引脚电连接，电容C14用于隔直、滤波，可用于设计频率段过滤，第二输出端CPF引脚通过电容C6与信号放大器N1的输入端RFin引脚电连接，信号放大器N1的RFin引脚还通过电感L1后接地，实现了LC滤波匹配。
+3V电源依次与信号放大器N1的第17、第18引脚和电容C1一端电连接，电容C1另一端依次与VCC1引脚、VCC2引脚和电容C2一端电连接，电容C2另一端接地，信号放大器N1的第1引脚和第2引脚也接地，信号放大器N1的输出端RFout引脚依次通过电容C7、C5后与检波器N2的输入端Vo电连接，其中电容C7和电容C5之间电路还通过电阻R3后接地，用于RC滤波与阻抗匹配。
+3V电源分别连接检波器N2的EN引脚和VCC引脚，检波器N2的EN引脚还通过电容C3后接地，检波器N2的输出端RF引脚与比较器N3的输入端VP引脚之间通过电阻R1电连接；由电容C4和电阻R2组成的并联电路一端接地，另一端连接在电阻R1与比较器N3的VP引脚之间电路上，用于RC滤波与阻抗匹配。
+5V电源分别电连接比较器N3的Vcc引脚和S引脚，+5V电源还通过电容C9接地，+5V电源还通过电阻R5与比较器N3的VN引脚电连接，由电容C8和电阻R4组成的并联电路一端与比较器N3的VN引脚连接，另一端接地，比较器N3的输出端Q引脚与模拟开关N4的输入端IN引脚通过电阻R6电连接，用于信号阻抗匹配。
-5V电源电连接模拟开关N4的Vss引脚，模拟开关N4的Vss引脚还通过电容C12后接地，S2引脚连接-2.45V电源，S1引脚连接-3.5V电源，+5V电源连接模拟开关N4的Vdd引脚，+5V电源还通过电容C15后接地，模拟开关N4的输出端D引脚依次通过电感L2、电阻R7后与射频功率放大器A1的IN引脚电连接，模拟开关N4的D引脚还通过电容C10后接地，用于LC滤波、阻抗匹配。
射频功率放大器A1的输出端OUT引脚通过电容C13电连接RFout，即输出发射信号，射频功率放大器A1的OUT引脚还通过电感L3电连接+28V电源，由电容C11和电容C16组成的并联电路一端连接+28V电源，另一端接地。
模拟开关的供电引脚串联有大容值电容C12和C15，射频功率放大器A1的供电引脚采用接地旁滤电容设计进行高频杂讯滤波和低频杂讯滤波，具体杂讯频率依据实际使用环境调测确定。这里，要实现快速响应的射频信号突发检测，射频功率放大器电源的模拟开关电路也很关键。如果用MOS管调制射频功率放大器的漏极电压则需要开关大电流，而大功率MOS开关的栅极输入电容一般在几百pF以上，并且整个控制电路难免会引入额外的延时，基本无法实现200ns以内的响应时间；其次如果调制栅极，虽然栅极控制电流很小，但由于射频功率放大器的栅极一般需要加入μF至少nF级的电容来压制低频振荡和吸收掉电源供电回路所带来的高频谐振，这样电源延时便会达到几个微秒以上的量级。这里对射频功率放大器栅极的模拟开关电源进行了改进，可以解决上述问题。首先所选用的控栅模拟开关的封装要尽可能的小，这样便可以将该模拟开关放到射频功率放大器原本需要放置大容值电容的栅极供电位置。然而在模拟开关的供电引脚Vdd和Vss放置大容值电容1uF的C15和C12并不影响其开关时间，并且在模拟开关导通时，其Vdd和Vss引脚的大容值电容C15和C12也能够起到抑制低频振荡和高频谐振的作用。在这种处理方式下，射频功率放大器的响应时间主要取决于射频功率放大器开关控制电路的开关时间，所以可以实现在整个发射链路/接收链路快速响应的条件下降低TDMA系统的待机功耗。该方法在发送信道和接收信道都可以使用，进而实现整个TDMA收发系统的低功耗待机。
本发明实施例还提供一种射频前端发射链路，包括上述的射频功率放大器开关控制电路。本发明实施例还提供一种射频前端接收链路，包括上述的射频功率放大器开关控制电路。
射频功率放大器开关控制电路应用于一线通的TDMA系统中会具有较大的优势。通常情况一线通要同时传输直流电压和射频信号，然而TTL控制电平往往频率较低无法与直流和射频信号复用传输，但直接关断供电电源的开关时间又太慢，因此传统的应用一线通的TDMA系统开机后，会将整个射频前端处于静态工作状态，这样便会带来较大的待机功耗，而通过射频功率放大器开关控制电路进行突发射频信号检测的技术则克服了该项缺点，其通过在一线通之后的射频前端内部对发射射频信号/接收射频信号进行检测来实现射频功率放大器的开关，这样待机功耗可以降低到近百毫瓦的量级。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种射频功率放大器开关控制电路，其特征在于，包括依次电连接的耦合器、信号放大器、检波器、比较器和模拟开关，其中，所述耦合器的输入端与射频信号输入链路电连接，所述耦合器的第一输出端和所述模拟开关的输出端分别与所述射频功率放大器的输入端电连接，所述耦合器的第二输出端与所述信号放大器的输入端电连接。
2.根据权利要求1所述的射频功率放大器开关控制电路，其特征在于，所述耦合器的第一输出端与所述射频功率放大器的输入端通过电容C14电连接。
3.根据权利要求1所述的射频功率放大器开关控制电路，其特征在于，所述耦合器的第二输出端与所述信号放大器的输入端通过电容C6电连接，所述信号放大器的输入端还通过电感L1后接地。
4.根据权利要求1所述的射频功率放大器开关控制电路，其特征在于，所述信号放大器的输出端依次通过电容C7、电容C5后与所述检波器的输入端电连接，所述电容C7和所述电容C5的连接电路通过电阻R3后接地。
5.根据权利要求1所述的射频功率放大器开关控制电路，其特征在于，所述检波器的输出端与所述比较器的输入端之间通过电阻R1电连接；由电容C4和电阻R2组成的并联电路一端接地，另一端连接在所述电阻R1与所述比较器的输入端的连接电路上。
6.根据权利要求1所述的射频功率放大器开关控制电路，其特征在于，所述比较器的输出端与所述模拟开关的输入端通过电阻R6电连接。
7.根据权利要求1所述的射频功率放大器开关控制电路，其特征在于，所述模拟开关的输出端依次通过电感L2、电阻R7后与所述射频功率放大器的输入端电连接；所述射频功率放大器的输入端还通过电容C10后接地。
8.根据权利要求1所述的射频功率放大器开关控制电路，其特征在于，所述模拟开关的供电引脚串联有微法级或纳法级电容。
9.一种射频前端发射链路，包括如权利要求1-8中任一项所述的射频功率放大器开关控制电路。
10.一种射频前端接收链路，包括如权利要求1-8中任一项所述的射频功率放大器开关控制电路。
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