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CN1172432C - 基于存储器的放大器负载调整系统 - Google Patents

基于存储器的放大器负载调整系统 Download PDF

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CN1172432C
CN1172432C CNB001213504A CN00121350A CN1172432C CN 1172432 C CN1172432 C CN 1172432C CN B001213504 A CNB001213504 A CN B001213504A CN 00121350 A CN00121350 A CN 00121350A CN 1172432 C CN1172432 C CN 1172432C
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Abstract

一种功率放大器负载调整系统包括功率放大器和耦合到功率放大器输出端的可变阻抗网络。响应于负载控制信号，该可变阻抗网络向功率放大器的输出端呈现多个阻抗。控制电路产生发射功率指令和信道频率指令。存储器存储作为输出功率和频率的函数的多个控制值。耦合到可变阻抗网络，控制电路，和存储器的处理电路响应于发射功率指令和信道频率指令读出多个控制值，并使用该多个控制值来产生负载控制信号。

Description

基于存储器的放大器负载调整系统
本申请涉及由Alberth等申请的系列号为＿＿(No.CS 10069)标题为“负载包络跟随放大器系统”和由David Schlueter申请的系列号为＿＿(No.CS 10158)标题为“具有供电调整以控制相邻和相间信道功率的功率放大电路”以及由Klomsdorf等申请的系列号为＿＿(No.CS90025)的标题为“具有负载调整从控制相邻和相间信道功率的功率放大电路”和由Alberth等申请的系列号为＿＿(No.CS90026)的标题为“负载包络消除和恢复放大器系统”的悬而未决的美国专利申请。
技术领域
本发明通常涉及高效率的功率放大器系统。特别是，本发明涉及具有耦合到功率放大器的输出端的可变阻抗网络的功率放大器。
背景技术
功率放大器是在便携式无线电话设计中的一种关键技术。在蜂窝电话中，功率放大器对有效的通话时间有很大的影响。这是因为相对于在蜂窝电话内部的其它电路，功率放大器消耗显著数量的功率。定义功率放大器消耗多少功率的一个参数是功率放大器效率。这个效率，例如可以是功率增值效率(power added efficiency)。对于使用双极型器件的功率放大器，集电极效率是另外一个效率参数。对于基于FET的功率放大器，漏极效率是用于表征放大器效率的一个附加参数。
已经尝试过通过改变向功率放大器呈现的负载阻抗来增加功率放大器的效率。美国专利No.5,673,001(在下文中为′001)表示了一些负载转换的例子。在第一个实施例中，射频(RF)输入信号和RF输出信号被抽样。根据输入与输出信号比较，控制电路产生一个控制信号。响应于控制信号，改变功率放大器输出端的电压可变电容器(VVC)以便使功率放大器的工作点偏移到更接近最大效率工作点。
在现有技术的第二实施例中，仅仅使用功率放大器的RF输出信号的抽样部分来产生负载控制信号以便控制功率放大器输出端的VVC。同样，使用输出信号的功率抽样来控制由VVC呈现的阻抗。
在现有技术的第三实施例中，利用饱和检测回路。在蜂窝系统中，典型情况下在发射机中具有一个输出功率控制回路，输出功率在输出功率范围内改变。例如，如果移动单元接近于基站，移动单元将不必发射同样多的输出功率。在现有技术的第三实施例中，测量输出信号功率以产生控制信号。将控制信号的电压与供电电压比较，如果控制信号电压在供电电压预定范围内，则调整VVC阻抗。没有这个饱和检测回路，VVC网络可以调整到一个高效率的阻抗，但是设置的该阻抗是一个PA不能输送必需输出功率的阻抗。因此，VVC能够向功率放大器输出端呈现一个阻抗以便使功率放大器在比期望的输出功率低的输出功率上饱和。
对于诸如在高级移动电话系统(AMPS)中的调频或在移动通信特别研究小组(GSM)数字蜂窝电话系统中的高斯最小值移位键控(GMSK)之类的恒定包络调制方案，在现有技术中描述的实施例非常有用。可是，与恒定包络相反，其它数字蜂窝电话系统采用含有外加在RF调制信号之上的调幅(AM)包络的调制方案。
例如，蜂窝电话临时标准(IS)-136利用时分多址(TDMA)并需要π/4差分正交相移键控(DQPSK)，而蜂窝电话标准(IS-95)利用码分多址(CDMA)并需要交错QPSK(OQPSK)。然而，另外一种蜂窝电话系统使用正交调幅(QAM)，其在RF调制信号上还含有AM包络。
现有技术系统依赖实时测量来改变作为输出功率的函数的负载阻抗。这对于线性调制方案来说是不合适的。现有技术系统没有涉及由功率放大器发射的相邻信道功率(ACP)。在使用线性调制的系统中，如果功率放大器不能如实再现AM包络，则功率放大器将发射太多的ACP。那么使用功率放大器的无线电话将不遵守ACP的蜂窝标准要求。因此，现有技术根据实时测量来调整负载阻抗。这是一种没有涉及相邻信道功率性能的简单负载调整。
另外，现有技术的闭合回路阻抗控制系统不向工作频率和输出功率的所有变化提供最佳阻抗。这是因为控制VVC电路的算法太简单，该算法根据输出功率检测将简单的向上方向或向下方向馈送给VVC电路。用于无线电话中的功率放大器电路的部件到部件(part to part)变化也可能降低功率放大器的效率。
相应地，需要一种功率放大器负载调整系统，具有对由可变阻抗网络向功率放大器输出端呈现的阻抗的更准确和更综合控制。更进一步需要负载调整系统以便补偿部件到部件变化。更进一步需要以控制由功率放大器发射的相邻信道功率的方式控制可变阻抗网络。]
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种用于无线电话的功率放大器负载调整系统，该无线电话可操作在预定频带上并由电池供电，该功率放大器负载调整系统包括：具有输入端和输出端的功率放大器；耦合到功率放大器的输出端的可变阻抗网络，响应于负载控制信号，该可变阻抗网络向功率放大器的输出端提供多个阻抗；用于产生发射功率指令和信道频率指令的控制电路；用于存储作为功率放大器输出功率和工作频率的函数的多个控制值的存储器；耦合到可变阻抗网络，控制电路和存储器的处理电路，该处理电路响应于发射功率指令和信道频率指令用于读出储存在存储器中的多个控制值，并使用该多个控制值来产生负载控制信号。
根据本发明的另一个方面，提供了一种控制功率放大器输出端的可变阻抗网络的方法，该功率放大器可操作在预定频带内的多个频率上的无线电话中，该方法包括：接收信道频率指令和发射功率指令；从存储器读出控制值；利用该控制值并响应于信道频率指令和发射功率指令来产生负载控制信号；将负载控制信号加载到可变阻抗网络；响应于负载控制信号，设置可变阻抗网络向功率放大器输出端提供的阻抗。
附图说明
图1是具有接收机和发射机的无线电话的方框图；
图2是形成图1的发射机一部分的功率放大器负载调整系统；
图3是多个功率电平的数字控制字对于频率的图形表示，该数字控制字用于控制图2的负载调整系统；
图4是作为频率和供电电压的函数的数字控制字的曲线；
图5是一个史密斯圆图，该图表示使用于负载调整系统中的可变阻抗网络的阻抗如何作为数字控制字的函数而改变；
图6是一个用于确定储存在图2的负载调整系统的存储器中的各个控制值的方法的流程图；
图7是一个控制图2的负载调整系统的可变阻抗网络的方法的流程图；
图8表示可用于向图2的负载调整系统的功率放大器呈现不同阻抗的可变阻抗网络；和
图9表示第二实施例的可变阻抗网络。
具体实施方式
图1是以方框图的形式说明无线电话通信系统100。该无线电话通信系统100包括远程收发信机10和一个或多个诸如无线电话12之类的无线电话。该远程收发信机10向指定地理区域内的无线电话12发送射频信号并从指定地理区域内的无线电话12接收射频信号。
无线电话12包括天线14，发射机16，接收机18，控制块20，合成器22，双工器24，和用户接口26。为了接收信息，无线电话12通过天线14检测包含数据的射频信号并产生已检测的射频信号。接收机18将该检测的射频信号转换为电基带信号，解调该电基带信号，恢复该包括自动频率控制信息的数据，并将该数据输出到控制块20。控制块20将该数据格式化为用于用户接口26使用的可辨别的声音或数据信息。
通常情况下，用户接口26包括麦克风、扬声器、显示器和键区。该用户接口26用于接收用户输入信息并给出由远程收发信机10发射的接收数据。接收机18包括在现有技术中都已知的诸如低噪声放大器，滤波器，下变换混频器和正交混频器，以及自动增益控制电路这样的电路。
为了从无线电话12向远程收发信机10发射包含信息的射频信号，该用户接口26将用户输入数据引导到该控制块20。通常情况下，控制块20包括DSP核心，微控制器核心，存储器，时钟发生电路，软件和输出功率控制电路中的任意一些。控制块20将从用户接口26获得的信息格式化并将其传送到发射机16以便转换为射频调制信号。发射机16将该射频调制信号传送到天线14以便传输到远程收发信机10。因此，发射机16用于发射调制的信息信号。双工器在由发射机16发射并由接收机18接收的信号之间提供隔离。
无线电话12可操作在一预定频带上。合成器22向接收机18和发射机16提供信号，并调谐到适当的频率，以便允许信息信号的接收和发射。诸如信道频率的接收机18和发射机16的功能上的控制由控制块20提供。因此，控制块20向合成器22提供用于频率合成的程序指令。
图2是一个形成图1的发射机16的一部分的功率放大器(PA)有源负载调整系统200。该负载调整系统200包括耦合到功率放大器32的可变增益元件，在这里是可变增益放大器30。可变阻抗网络36耦合到功率放大器32的输出端33。可选地，可以在功率放大器32和可变阻抗网络36之间插入静态匹配电路34。这个静态匹配可以包括现有技术中已知的各种RF匹配电路以便在功率放大器32的输出端33提供中间阻抗变换。例如这能用来提高来自功率放大器32输出端33的阻抗级，从而减少可变阻抗网络36的品质因数的影响。
处理电路38耦合到负载控制数字模拟转换器(DAC)42，而负载控制DAC 42耦合到电平移位电路44。电平移位电路44耦合到可变阻抗网络36。
控制块20(图1)包含现有技术中已知的用于产生自动输出控制(AOC)信号的输出功率控制电路(未示出)，该AOC信号还称为发射功率指令。AOC信号被加载到VGA控制输入50以便设置VGA 30的增益。通过改变VGA 30的增益，无线电话12可以改变它的平均发射输出功率(并因此改变调制信号的平均幅度)。
在替换实施例中，VGA 30是一个多级可变增益放大器，这样可以改变好几级增益。多级可变增益放大还可以沿着发送路径的不同部分分布。另外，通过使用可变衰减器而不是通过使用现有技术中已知的可变增益放大器可以获得至少某些必要的可变增益。
响应于无线电话12进行的接收信号强度测量，控制块20可以产生AOC信号。远程收发信机10还可以向无线电话12发送功率控制指令，而至少部分地响应于远程收发信机12的功率控制命令，控制块20产生AOC信号。
对于线性调制方案，含有AM包络的RF调制信号被加载到VGA输入端46。在VGA控制输入端50呈现的AOC信号将使VGA增益设置为某个值。由VGA 30产生的RF信号作为功率放大器的输入信号耦合到功率放大器32。功率放大器32在功率放大器输出端33产生功率放大器输入信号的放大信号。
可变阻抗网络36提供可变负载阻抗到功率放大器输出端33以便改变功率放大器32的负载线。这增加了功率放大器32的总效率而且节省了功率。对于每个工作频率和输出功率，响应于在线路60上呈现的负载控制信号，可变阻抗网络36提供多个阻抗中的一个到功率放大器输出端33。
处理电路38是计算电路，其可以利用诸如DSP，微处理器，或专用集成电路(ASIC)来实现。由控制块20(图1)产生的发射功率指令，在图2中标记为PAVG，被加载到功率电平输入端56。平均功率电平信号包含有关期望的发射功率电平的信息。另外，控制块20(图1)产生一个信道频率指令来命令有关无线电话12的合成器22(图1)的工作信道。信道频率指令还通过频率指令输入端58加载到处理电路38。
存储器40用于存储作为功率放大器输出功率和工作频率的函数的多个控制值。因此存储器40包含查询表形式的信息。处理电路38耦合到可变阻抗网络36，控制块20(图1)和存储器40。响应于无线电话12发射功率指令和信道频率指令，处理电路将储存在存储器40中的多个控制值读出并使用这多个控制值产生负载控制信号。
对于特殊的输出功率电平和工作频率，存在使功率放大器32具有最高效率的功率放大器最佳负载阻抗。另外，有使功率放大器32产生低于相邻信道输出功率某个值的阻抗。当通过改变VGA 30的增益来改变发射功率电平时，必须向功率放大器输出端33呈现不同的最佳阻抗。因此，处理电路38必须响应于期望的发射功率电平和工作频率，在线路60上产生负载控制信号。
因此，处理电路38将储存在存储器40中的多个控制值读出并使用这多个控制值在处理电路输出端61产生数字负载控制信号。耦合到处理电路38和可变阻抗网络36的负载控制DAC 42将该数字负载控制信号转换为负载控制信号。
在所述实施例中，在负载控制DAC 42和可变阻抗网络36之间插入电平移位电路44。电平移位电路44用于把由负载控制DAC 42产生的模拟信号转换为用于操作可变阻抗网络所必需的信号电平。例如，在负载控制DAC 42的输出端产生的信号的电压范围可以是0-3伏特。对于最大动态范围，可变阻抗网络36可能需要在-1.5伏特到+1.5伏特范围内的一个控制电压。电平移位电路因此将负载控制DAC42的模拟信号转换为线路60上的负载控制信号。
被处理电路38使用以便产生数字控制字的一组方程式在表1中给出。表1含有一列发射输出功率，一列供电电压和一列数字负载控制字(例如，所得的负载控制DAC设置)。在所述实施例中，无线电话12可以在从最大输出功率降到低于20dBm的功率电平范围发射。该最大输出功率对应于给定的无线电话可以输送的最大输出功率。最小值发射功率在-10dBm附近，但是通常实际使用中的无线电话在8dBm以上发射。也可以使用其它组的发射功率电平。
                              表1
 输出功率(dBm)  供电电压(VB+)   数字负载控制(例如，DAC的输入)
 最大  任意   0
 28-20  ＞＝3.6V   XF+XP+XB0*(VB+-3.6V)/0.2)  (1)
 28-20  ＜3.6V   XF+XP-XB0*(3.6V-VB+)/0.2)  (2)
 ＜20  任意   255
第二列供电电压是可选的特征且将随后说明。第三列是相应于负载控制DAC 42(图2)的数字负载控制。在所述实施例中，数字控制字是用于控制负载控制DAC 42的八比特字。因此，负载控制DAC 42具有256个状态并且能够产生256个不同值的负载控制信号。
表1表示对于最高功率电平、最大功率，数字负载控制具有0值。这意味着DAC将输出一对应于DAC状态0的模拟电压。其可以是略高于0伏特，或者0.1V左右。表1还说明了对于最小功率电平，该数字负载控制字具有对应于DAC状态255的值255。例如，在状态255负载控制DAC 42输出电平可能是3伏特左右。
对于低于20dBm的输出功率，因为在这些功率电平上已经超过了可变阻抗网络36的动态范围，所以仅仅分配了单个的数字负载控制字。响应于负载控制信号，可变阻抗网络36向功率放大器32呈现不同的阻抗。当功率放大器在特定频率上产生某个输出功率时，阻抗可以对应某个输出功率、在特定频率上的最大功率放大器效率和输出功率以及/或者最小值相邻信道功率。在所有的不同频率和输出功率上，可变阻抗网络可能没有足够的范围向功率放大器呈现最佳阻抗。例如，如果电压可变电容器(VVC)使用于可变阻抗网络36，则电压可变电容器的可变电容范围是有限的。因此，当超过可变阻抗网络36的范围时，DAC状态255被使用以便产生负载控制信号。
对于在28dBm和20dBm之间的输出功率，表1说明了用于产生数字负载控制的方程式。为了简洁，最初忽略可选的供电电压参数，使得仅仅需要方程式(1)。方程式(1)含有几个控制值，其必须从存储器40读出以便产生数字负载控制字。该控制值包括值：XF，XP，和XB0。在方程式(1)中，XF和XP是变量，而XB0是常数。
在从工厂将无线电话12发货之前，必须确定储存在存储器40中的控制值并储存在存储器中。控制值的推导通常是一个多步骤过程。接着解释如何推导该控制值。这个解释还将帮助解释控制值是什么和如何使用控制值。
对于任何无线电话，围绕选择的功率放大器半导体器件来进行功率放大器设计。例如，该器件可以是双极型器件、场效应器件(FET)，或者异质结器件。一旦进行该设计，该功率放大器设计以输出功率和频率协同可变阻抗网络36来表征。
按照描述，第一步是峰值储备定相程序(headroom phasingprocedure)。本描述包括使用没有存储器40和处理电路38的图2的负载调整系统200(这可以被称为测试负载调整系统)。将固定负载附加到系统输出端48(例如50欧姆)，并设置VGA 30以便产生预定输出功率。在所述实施例中，预定输出功率为28dBm。因此，加载到VGA控制输入50的AOC信号设置为28dBm。
因此，测试负载调整系统以预定频带内的多个频率表征。在所述实施例中，发送频带为824MHz到849MHz，而多个频率包括六个相等间隔的频率。因此，这六个测试频率为824MHz(频率1)，829MHz(频率2)，834MHz(频率3)，839MHz(频率4)，和844MHz(频率5)，和849MHz(频率6)。可变阻抗网络402的其它划分能够不使用创造性的才能就可预想到。
在824MHz，改变负载控制DAC 42的输入直到输出功率为28dBm并且功率放大器效率最大时为止。这个输入被称为测试XF1值。对于其它五个频率进行相同的操作以便产生另外五个XF测试值。这个步骤被称为峰值储备定相，这是因为由于输出插入损耗在频率上的变化，使它降低了功率放大器饱和电平中的变化性。随着这个步骤的完成，产生六个测试XF值。表2是对于一个给定的功率放大器设计，实验确定的在28dBm输出功率上的测试XF控制值的示例。
                          表2
  输出功率(dBm)     频率(MHz)   测试XF数目  负载控制DAC输入(例如测试XF值)
  28     824(f1)   XF1  50
  28     829(f2)   XF2  65
  28     834(f3)   XF3  52
  28     839(f4)   XF4  45
  28     844(f5)   XF5  43
  28     849(f6)   XF6  50
因为在这个步骤确定的XF值只能用来确定XP控制值，所以它们被称为测试XF控制值。对于功率放大器/无线电话设计一旦确定了该XP控制值，则在工厂生产的定相阶段期间，将查找新的XF值并将其储存在每个无线电话12的存储器40中。
在找到测试XF控制值之后，下一个步骤是确定对应于该XP控制值的补偿。该XP控制值是用于在低于28dBm的多个功率电平上产生最佳效率以及/或者相邻信道功率性能所需的补偿值。在所述实施例中，负载调整系统以附加的3个输出功率表征以便获得XP控制值。
第一个附加的输出功率为26dBm。为这个功率电平确定的XP值被称为XP2(XP1具有0值，不久将说明)。因此，使用该测试负载调整系统，加载到VGA控制输入50的AOC信号被设置为26dBm，并且，相应地调整VGA 30增益。数字控制字(例如，负载控制DAC 42的输入)被改变；输出功率和或者功率放大器32的效率，或者发射相邻信道功率，和或者它们两者一起都被监视。因此，在多个频率上输出被保持在26dBm，并且，效率或者相邻信道功率，或者二者都被优化。
在本步骤产生的XP2控制值是单个补偿值，其将被用于多个频率的每一个。换言之，本程序将产生26dBm操作的补偿值，其被加到在28dBm输出设置上确定的每个测试XF值上。
对于任何一个频率和在26dBm上的操作，XP2值将被加到相应的XF值上。因此，在频率1(890MHZ)，在28dBm上数字控制字为50。如果找到XP2的值为30，则在26dBm和频率1上的数字控制字为80。同样地，在频率2数字控制字为65，那么在频率2和26dBm上的数字控制字为95。
对于28dBm输出功率设置，为多个频率的每一个分别地确定数字控制字并将其储存作为XF值。因此，28dBm设置是所有其它功率电平DAC设置将从其上补偿的参考点。相应地，对于功率电平28dBm，这里没有XP补偿值，并且，XP1＝0。
用于26dBm设置的补偿控制值被称为XP2。接着一个类似的程序来确定对应于24dBm的输出功率的XP3控制值。表3表示在每一频率上的多个输出功率的测试XF，XP，和最后的数字控制字值。
该XP控制值储存在每个无线电话12的存储器40中。可是，在工厂为每个特定无线电话12产生新的XF控制值。这被称为XF工厂定相。因此，对每个无线电话12进行工厂定相以便确定在28dBm上的新的XF值。然后，这些新的XF值存储在存储器40中。在工厂分别地对每个无线电话进行定相以便使其具有它们自己的唯一一组XF控制值。相反地，给定的无线电话设计的每个无线电话的XP控制值是相同的。当无线电话从工厂发货时，表示在表3中的测试XF值可以是储存在无线电话12的存储器40中的实际的XF值。
图3是对于多个功率电平，其数字控制字(在数字控制轴70上)对于频率(在频率轴72上)的图形表示。当要求无线电话12来发射最大可用功率时，则对于所有的频率，数字控制字为0。因此，对于所有的频率，最大功率字曲线90具有零值。
当设置无线电话12发射28dBm时，将储存在存储器40中的XF值的一个使用为数字控制字；这些值落在28dBm字曲线92上。当设置无线电话12发射26dBm时，通过XP2补偿控制值106补偿整个28dBm字曲线92从而形成26dBm字曲线94。因此，处理电路38(图2)利用方程式计算数字控制字，以产生落在26dBm字曲线94上的值作为数字控制字。
当设置无线电话12发射24dBm时，通过XP3补偿控制值108补偿整个28dBm字曲线92从而形成24dBm字曲线96。因此，处理电路38(图2)利用方程式计算数字控制字，以产生落在24dBm字曲线96上的值作为数字控制字。
当设置无线电话12发射22dBm时，通过XP4补偿控制值110补偿整个28dBm字曲线92从而形成22dBm字曲线98。因此，处理电路38(图2)利用方程式计算数字控制字，以产生落在22dBm字曲线98上的值作为数字控制字。
当设置无线电话12发射20dBm时，通过XP5补偿控制值112补偿整个28dBm字曲线92从而形成20dBm字曲线102。因此，处理电路38(图2)利用方程式计算数字控制字，以产生落在20dBm字曲线102上的值作为数字控制字。但是注意到，在20dBm功率设置上，开始达到可变阻抗网络36的动态范围。这可以由对应于在20dBm字曲线102上的频率f2的计算出的控制字120看出。最后一个负载控制DAC 42状态是255，其实质上相应于利用阻抗网络36(图2)能够调谐的最后一个阻抗值。另外，对于低于20dBm的功率电平设置，则对所有的频率使用最小的功率字曲线104。
                            表3
Pout    频率   测试XF数  测试XF值  XP数   XP值   数字控制字
(dBm)
最大    任意   -         -         -      -      0
28      f1     XF1       50        XP1    0      50
28      f2     XF2       65        XP1    0      65
28      f3     XF3       52        XP1    0      52
28      f4     XF4       45        XP1    0      45
28      f5     XF5       43        XP1    0      43
28      f6     XF6       50        XP1    0      50
26      f1     -         -         XP2    30     80
26      f2     -         -         XP2    30     95
26      f3     -         -         XP2    30     82
26      f4     -         -         XP2    30     75
26      f5     -         -         XP2    30     73
26      f6     -         -         XP2    30     80
24      f1     -         -         XP3    90     140
24      f2     -         -         XP3    90     155
24      f3     -         -         XP3    90     142
24      f4     -         -         XP3    90     135
24      f5     -         -         XP3    90     133
24      f6     -         -         XP3    90     140
22      f1     -         -         XP4    140    190
22      f2     -         -         XP4    140    205
22      f3     -         -         XP4    140    192
22      f4     -         -         XP4    140    185
22      f5     -         -         XP4    140    183
22      f6     -         -         XP4    140    190
20      f1     -         -         XP5    200    250
20      f2     -         -         XP5    200    265
20      f3     -         -         XP5    200    252
20      f4     -         -         XP5    200    245
20      f5     -         -         XP5    200    243
20      f6     -         -         XP5    200    250
＜20    任意   -         -         -      -      255
处理电路38可以使用其它参数来计算数字控制字。例如，通过可变阻抗网络36能够补偿供电电压中的变化。例如，耦合到处理电路38(图2)的电压监控电路(未示出)能够象现有技术中已知的那样检测用于向无线电话12(图1)供电的电池(未示出)的电压。
电压监控电路产生一个被称为电压电平信号的电压指示。该电压电平信号被加载到电压端口59(图2)，然后处理电路38响应于该电压电平信号产生数字控制字。
表1说明了处理电路38实际上使用两个方程式用于在28和20dBm之间的功率电平设置。当供电端口52的供电电压在3.6伏特之上时使用方程式(1)；当供电电压在3.6伏特之下时使用方程式(2)。控制值XB0是表示用于数字字曲线的附加补偿值的一个预定常数。
图4是对于三个不同的供电值，24dBm数字字曲线96对于频率的图形表示。本例是XB0控制值常数为5。当供电电压为3.6伏特时，绘制出标称的24dBm数字字曲线96。当供电端口52(图2)的供电电压为3.8V时，来源于表1的方程式(1)产生一为5的附加补偿(因为XB0为5)。因此，整个24dBm数字字曲线96上升形成3.8V-28dBm数字字曲线150。同样地，当供电端口52(图2)的供电电压为3.4V时，来源于表1的方程式(2)产生一为5的附加补偿(因为XB0为5)。因此，整个24dBm数字字曲线96往下移形成3.4V-28dBm数字字曲线152。
因此，当供电电压上升(例如大于3.6伏特)时，功率放大器32的工作点从饱和处移开，因此效率变低。通过增加向功率放大器32呈现的负载阻抗(例如通过升高数字字曲线)，功率放大器32移回到更靠近饱和处。相反地，如果供电电压降低，则功率放大器32变得过饱和。通过减少向功率放大器32呈现的负载阻抗(例如通过降低数字字曲线)，功率放大器32移回并远离过饱和。
相应地，最小值数字控制字0对应于负载控制DAC 42输出端处的接近于0伏特的模拟电压。相应地，最大数字控制字255对应于负载控制DAC 42输出端处的接近于3伏特的模拟电压。
电平移位电路改变模拟电压范围。由电平移位电路44(图2)将来自负载控制DAC 42的0伏特的最小模拟电压转换到-1.5V。由电平移位电路44将来自负载控制DAC 42的3伏特的最大模拟电压转换到+1.5伏特。
配置了可变阻抗网络36，以便-1.5伏特的负载控制信号对应于可变阻抗网络36向功率放大器32呈现最大可用负载阻抗(例如DAC状态255对应于最大负载阻抗)。+1.5伏特的负载控制信号相应于可变阻抗网络36向功率放大器32呈现最小可用负载阻抗(例如，DAC状态0对应于最小负载阻抗)。
处理电路38从存储器40读出控制值并使用方程式产生数字控制字，该数字控制字最后在转换到模拟信号之后和在通过电平移位电路44移动电平之后成为负载控制信号。对于产生非整数附加电池补偿的电池电压，该补偿被取整为最接近的整数值。附加参数，例如，温度，可以建入由处理电路38使用的方程式中。
在所述实施例中，在频带内的六个频率定义为f1到f6。这些频率指定频率划分。对于不同于这六个指定频率划分的工作频率，使用对应于六个指定频率其中一个的控制字。例如，指定频率1为824MHz，指定频率2为829MHz。对于在824和826.5MHz之间的所有的工作频率，使用对应于f1的数字控制字；对于在826.5和831.5MHz之间的所有的工作频率，使用对应于f2的数字控制字。因此，在指定频率附近形成加/减2.5MHz的频率间隔以便确定使用哪个控制字。频率1仅仅有一个正2.5MHz间隔，而频率6仅仅有一个负2.5MHz间隔。
图5是一个史密斯圆图，该图利用不同的负载阻抗来表示可变负载阻抗网络36的负载阻抗如何作为数字控制字的函数而改变；对于数字控制字0(对应于+1.5V的负载控制信号)，得到最小负载阻抗160。相反，对于数字控制字255(对应于-1.5V的负载控制信号)，得到最大负载阻抗状态162。
图6是一个确定储存在存储器40(图2)中的各个控制值的方法的流程图。该方法起始于方框170，并在方框172确定测试XF值。这些是最初找到的中间XF控制值，以便可以确定XP值。确定测试XF值的步骤在第一输出功率电平(在此为28dBm)上发生。本方法继续到方框174，在此确定XP控制值。这些是低于28dBm的功率电平的补偿值。一旦确定XP值，就在方框176将其储存在存储器40(图2)中。在判断方框178，确定是否已经测试完所有的功率电平以便产生必要的XP值。如果没有，则本方法继续返回到方框174。
如果已经测试完所有的XP功率电平，则在判断方框180确定是否期望其它参数，例如供电电压补偿常数。如果期望电池电压补偿常数，则在方框182确定XB0电池补偿常数。在方框184，这个XB0常数储存在存储器40(图2)中。如果不期望其它参数，则本方法从判断方框180前进到方框186。
在方框186，执行工厂定相程序以便确定每个无线电话唯一的新的XF控制值。对于每个无线电话，独立地执行该定相。在方框188，每个无线电话的新的唯一XF值存储在每个无线电话的各自的存储器中。本方法在方框190结束。
一种控制功率放大器32输出端33上的可变阻抗网络36的方法表示在图7中，在无线电话12中的该功率放大器32可操作在预定频带内的多个频率上。该方法从方框202开始，并且在方框204，该处理单元38(图2)接收操作信道的指示和期望的输出功率的指示。如果在判断方框206，期望读出其它诸如电池电压补偿之类的参数，则在方框208接收该其它参数。
本方法继续到方框210，在此，处理单元从存储器40(图2)中读出储存的控制值(也称为控制值)。仍然在方框210，处理单元或者从储存的控制值直接产生数字控制字，或者使用该储存的控制值计算数字控制字。在替换实施例中，所有必需的数字控制值被储存，这样不需要任何计算就可以直接地从存储器中读出它们。
在方框212，负载控制DAC 42(图2)和电平移位电路44(图2)利用控制值并响应于操作信道的指示和期望的输出功率的指示来产生负载控制信号。在方框213，负载控制信号被加载到可变阻抗网络36(图2)，并在方框214，可变阻抗网络36响应于该负载控制信号设置向功率放大器32(图2)的输出端33呈现的阻抗。发射机16(图1)在方框215被启动以便发射。
在方框215，处理单元38(图2)不断地监视控制信号以便确定在判断方框218是否有功率电平改变或者确定在判断方框220是否有信道改变。如果没有改变，则在判断方框222确定是否有任何其它诸如供电电压之类被监视的参数发生改变。如果没有改变，则在判断方框223发射机16(图1)不进行发射，本方法继续到方框216。如果在判断方框223，发射机16(图1)是进行发射，则发射机16被停用，然后，本方法在方框240结束。
如果发射功率、信道、或者其它参数改变，则在方框224处理电路38(图2)读出新的设置。在方框226计算出新的数字控制字。在方框228产生新的负载控制信号并在方框230将其加载到可变阻抗网络36(图2)。在方框232，可变阻抗网络36设置一个新的负载阻抗。
如果在判断方框223发射机16(图1)没有进行发射，则本方法继续到方框216。如果发射机16进行发射，则本方法在方框240结束。
图8表示第一实施例的可变阻抗网络400，其可用于向功率放大器32(图2)呈现出不同的阻抗。可变阻抗网络400包括第一传输线路250，耦合到地电位254的固定旁路电容器252，第二传输线路256，和至少一个耦合到地电位254的可变元件258。可变元件258可以从包括变容二极管和电压可变电容器(VVC)的组中选择。
VVC在由Kenneth D.Cornett，E.S.Ramakrishnan，Gary H.Shapiro，Raymond M.Caldwell，和Wei-Yean Howrig在1991年10月15日申请的专利号为No.5,137,835的美国专利中被披露，该整个专利内容被包含在此作为参考。但是，也可以使用任何使用提供可变电容的铁电材料的电容器。VVC可以包括一对具有反向极性的VVC以便消除操作中的非线性。负载控制信号被加载到输入260作为改变可变元件258的电容的电压。
可以想像可变阻抗网络400的其它构造。例如，附加的元件可以包括，诸如集总元件或分布参数元件电感线圈、附加的传输线路和电容器和附加的可变元件。
图9表示第二实施例的可变阻抗网络500。可变阻抗网络500包括第一传输线路270，耦合到地电位274的固定旁路电容器272，第二传输线路276，和多个接地的可以耦合到传输线路276并从传输线路276断开的电容器278。负载控制信号被加载到输入280以便开关耦合多个电容器278的多个开关282。多个开关282可以包括：例如，PIN二极管或者微电动机械开关(MEM)。多个电容器278可以单独地控制。
不需要创造性劳动就能想到可变阻抗网络36的其它构造。例如，附加的元件可以包括，诸如集总元件或分布参数元件电感线圈、附加的传输线路和电容器和附加的可变元件。可变阻抗网络400和可变阻抗网络500的结合可用于增加可获得的阻抗的范围。另外，负载控制信号可以包括分别控制不同的可变阻抗元件的多个信号。
为每个无线电话产生新的XF控制值的工厂定相有助于简化发货的每个无线电话12的可变阻抗网络36。因此储存在存储器40(图2)中的多个控制值至少部分地对应放大器负载阻抗，其使得当预定输入功率被加载到功率放大器时，使功率放大器32(图2)在预定频带内的多个频率上以实质上的预定输出功率操作。
在28dBm功率电平上产生的XF控制值帮助消除功率放大器32(图2)峰值储备，否则其将被加入以进行最坏情况条件的补偿。例如，静态匹配电路34(图2)的插入损耗在频带中改变。如果不执行工厂定相，则功率放大器32将偏置以便补偿频带中的最坏插入损耗。在插入损耗低于最坏情况的插入损耗的频率上，功率放大器将不再位于最高有效工作点上。
对于功率电平低于对应于XF功率电平的功率电平时，在最小处的附加的XP补偿值可用于增加功率放大器效率。例如，对于恒定包络调制方案，XF值可以是从28dBm数字控制字92(图3)的补偿从而帮助增加最大效率。因此，储存在存储器40(图2)中的多个控制值至少部分地对应放大器负载阻抗，其使功率放大器32(图2)具有大于预定频带内的多个频率上的预定放大器效率的效率。
另外，对于用于线性调制方案的线性功率放大器的情况，控制值可以对应于输出功率以及低于ACP的预定电平的相邻信道功率(ACP)。因此，储存在存储器中的多个控制值至少部分地对应放大器负载阻抗，其使当功率放大器32(图2)操作在预定频带内的每个频率上时，使功率放大器32(图2)实质上以预定输出功率操作，并产生一个实质上低于预定相邻信道功率的相邻信道功率。这使得功率放大器32在更有效率的点上操作。
做为选择，储存在存储器40(图2)中的第一组控制值(称为XF补偿控制值)对应于放大器负载阻抗，其当功率放大器32操作在预定频带内的每个频率上时，使功率放大器32(图2)实质上以第一输出功率操作，并产生实质上低于预定相邻信道功率的相邻信道功率。
此外，存储在存储器40(图2)中的第二组控制值(称为XP控制值)包括当功率放大器32以第二输出功率操作时，被处理电路用来计算负载控制信号的补偿控制值。处理电路38(图2)计算负载控制信号以便使可变阻抗网络36向功率放大器32的输出端33呈现负载阻抗，从而使功率放大器32具有大于预定频带内的每一频率的预定放大器效率的效率。
提供的先前所述的首选实施例允许本领域的任何普通技术人员制造或使用功率放大器负载调整系统。对本领域的那些技术人员来说，对这些实施例的各种修改将是显而易见的，而且，在此定义的通用的原理可以应用到其它实施例而不需要创造性的才能。例如，负载调整系统200(图2)另外可以包括耦合到可变阻抗网络36输出端48的隔离器。该隔离器提供一个实质上的恒定阻抗到可变阻抗网络36的输出端。这将向可变阻抗网络36对功率放大器输出端33提供的不同的阻抗提供额外的可预见性。
基于存储器的功率放大器负载调整系统提供了一种除去典型情况下设计加入功率放大器的工作点峰值储备以便处理最坏情况和部件到部件变化的高效方法。这提供了更有效率的操作。另外，在开环方式中存储和读出控制值以便计算负载控制信号提供了精确且成本有效的选择性以便在闭环系统中从功率检测测量值导出负载控制信号。根据储存在存储器中的控制值，这个开环负载控制考虑到在功率和频率上的最佳效率和ACP性能的功率放大器的操作。对于未来无线电话的增长的复杂性，使用于无线电话中的该功率放大器负载调整系统将提供超过传统无线电话的显著的性能优势。

Claims (13)

1.一种用于无线电话的功率放大器负载调整系统，该无线电话可操作在预定频带上并由电池供电，该功率放大器负载调整系统包括：
具有输入端和输出端的功率放大器；
耦合到功率放大器的输出端的可变阻抗网络，响应于负载控制信号，该可变阻抗网络向功率放大器的输出端提供多个阻抗；
用于产生发射功率指令和信道频率指令的控制电路；
用于存储作为功率放大器输出功率和工作频率的函数的多个控制值的存储器；和
耦合到可变阻抗网络，控制电路和存储器的处理电路，该处理电路响应于发射功率指令和信道频率指令用于读出储存在存储器中的多个控制值，并使用该多个控制值来产生负载控制信号。
2.根据权利要求1的功率放大器负载调整系统，更进一步包括耦合到处理电路的电压监控电路，该电压监控电路用于检测电池电压并产生电压的指示，其中处理电路响应于电压指示，发射功率指令，和信道频率指令产生负载控制信号。
3.根据权利要求1的功率放大器负载调整系统，其中储存在存储器中的多个控制值对应于放大器负载阻抗，该放大器负载阻抗使功率放大器具有大于预定频带内的多个频率上的预定放大器效率的效率。
4.根据权利要求1的功率放大器负载调整系统，其中储存在存储器中的多个控制值对应于放大器负载阻抗，当预定输入功率被加载到功率放大器时，该放大器负载阻抗使功率放大器在预定频带内的多个频率上以预定输出功率操作。
5.根据权利要求1的功率放大器负载调整系统，其中储存在存储器中的多个控制值对应于放大器负载阻抗，当功率放大器操作在预定频带内的每个频率上时，该放大器负载阻抗使功率放大器以预定输出功率操作，并产生实质上低于预定相邻信道功率的相邻信道功率。
6.根据权利要求1的功率放大器负载调整系统，其中处理电路使用储存在存储器中的多个控制值并利用方程式来计算负载控制信号。
7.根据权利要求1的功率放大器负载调整系统，其中处理电路使用储存在存储器中的多个控制值并利用方程式来计算负载控制信号，该负载控制信号使该可变阻抗网络向功率放大器的输出端提供负载阻抗，该负载阻抗使功率放大器具有比在预定频带内的每个频率上的预定放大器效率更高的效率。
8.根据权利要求1的功率放大器负载调整系统，其中处理电路使用储存在存储器中的多个控制值并利用方程式来计算负载控制信号，该负载控制信号使可变阻抗网络向功率放大器的输出端提供负载阻抗，当预定输入功率被加载到功率放大器时，该负载阻抗使得该功率放大器在预定频带内的每个频率上以预定输出功率操作。
9.根据权利要求1的功率放大器负载调整系统，其中处理电路使用储存在存储器中的多个控制值并利用方程式来计算负载控制信号，当该功率放大器操作在预定频带内的每个频率上时，该负载控制信号使可变阻抗网络向功率放大器的输出端提供负载阻抗，该负载阻抗使得该功率放大器以预定输出功率操作，并产生低于预定相邻信道功率的相邻信道功率。
10.一种控制功率放大器输出端的可变阻抗网络的方法，该功率放大器可操作在预定频带内的多个频率上的无线电话中，该方法包括：
接收信道频率指令和发射功率指令；
从存储器读出控制值；
利用该控制值并响应于信道频率指令和发射功率指令来产生负载控制信号；
将负载控制信号加载到可变阻抗网络；和
响应于负载控制信号，设置可变阻抗网络向功率放大器输出端提供的阻抗。
11.根据权利要求10的方法，其中多个控制值对应于放大器负载阻抗，该放大器负载阻抗使得该功率放大器具有大于预定频带内的多个频率上的预定放大器效率的效率。
12.根据权利要求11的方法，其中多个控制值对应于放大器负载阻抗，该放大器负载阻抗使得当预定输入功率被加载到该功率放大器时，功率放大器在预定频带内的多个频率上以预定输出功率操作。
13.根据权利要求11的方法，其中多个控制值对应于放大器负载阻抗，当功率放大器操作在预定频带内的每个频率上时，该放大器负载阻抗使功率放大器以预定输出功率操作，并产生低于预定相邻信道功率的相邻信道功率。
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