专利名称：具有功率水平控制的线性功率高效射频(rf)驱动器系统和方法
技术领域：
本发明总体涉及射频(RF)高功率输出放大器或衰减器，更具体 涉及施加到RF发射器中的驱动级的控制功率。
背景技术：
射频发射器系统中的功率控制在本领域内众所周知，并通常根据 发射器到无线或移动电话网络中的接收器的距离远近，用来控制发射 器输出功率。功率输出可利用无线信号强度指示(RSSI)测量来控制， 或相反，从而接收的无线电不过载，并且降低发射通信设备中的功率 消耗。控制RF放大器的驱动功率在使便携设备中的电流消耗量最小化 的方面经常是必需的。美国专利No.6,681，101和美国专利No.6，684,064， 在此引入作为参考，描述了控制RF驱动功率的方法。'064专利描述 了 RF功率放大器的动态偏置，其中RF发射器的工作偏置响应于功率 控制信号来动态地调节。<101专利描述了一种具有放大的高效功率控 制配置的RF发射器，其中该发射器包括级切换、偏置调节以及消耗供 应调制，以提供精细的和粗略的功率控制以及功率包络波动。虽然这 些系统用于使RF放大器级中的功率降低，但其不用于节约电流消耗或 对电流的失真进行折衷。这些现有技术系统没有使用多级方法，其中 在保持整体的线性度和高效率的同时，电流通过在低电流驱动级以及 高电流放大级中的控制输出功率更有效地使用。当这些类型的发射器 功率控制器和便携设备一起使用时，它们不能起到降低电流消耗的作 用，这是因为它们的设计只是为了改变RF放大器的功率输出的目的。 这些现有技术系统被固定在用于满足特殊设计要求的一个电流水平 上，例如在不管所需要的输出功率时的功率的线性度。因此，这些设 计可以高度低效和浪费的，导致高电流消耗和比必要的电池寿命较短 的电池寿命。这在其中电池寿命是至关重要的便携式RF设备中非常成 问题。因此，存在如下需求，即提供一种用于控制RF放大器中的RF功 率输出的系统和方法，其在保持RF功率放大器的线性度的同时仍然具 有电流消耗高效率。
图1是说明根据本发明的具有功率水平控制的线性功率高效RF 驱动器系统的框图。图2是说明根据本发明具有功率水平控制的线性功率高效RF驱动器系统的流程图。
具体实施方式
现在参考图1，框图说明具有功率水平控制的线性功率高效的RF 驱动器系统100，其工作以控制输出功率和在也需要降低功率时减小电 流损耗。将基带信号和本地振荡器信号均供应给混频器101。将来自混 频器101的合成RF输出信号供应给预驱动放大器105。预驱动放大器 105工作以使合成RF输出信号的振幅增加到某一预定水平。该预驱动 放大器105是高阻抗低电流设计。将预驱动放大器105的输出供应给 输出驱动器107，该输出驱动器107再次提供增益来将从预驱动放大器 105供应给其的RF信号增加到所期望的水平。该输出驱动器通常具有 高阻抗输入，该高阻抗输入可近似为1000欧姆或以上并将放大器RF 输出信号提供给例如50欧姆天线等等的低阻抗输出负载。本发明还包 括偏置控制器109，其运作以控制供应给输出驱动器107的偏置。通过 控制输出驱动器的偏置，能够控制输出驱动器的动态范围量或转换能 力，以至于产生线性输出功率的所期望量。偏置控制器109通过匹配 预驱动信号增益控制以便输出驱动器的转换能力和/或线性度"跟踪" 预驱动放大器105的信号增益来操作，以便由按在预驱动放大器105
处的输入信号水平决定输出驱动器107所利用的电流。虽然偏置控制器109降低供应给输出驱动器107的电流，但由预 驱动放大器105和偏置控制器109使用的工作电流量保持恒定。为了 提供增加的效率和较低的电流消耗，这些器件所使用的电流量也可利 用自动增益控制器(AGC) 111来控制。AGC 111通过按比例决定预驱 动放大器105和偏置控制器109的使用量来操作，以至于输出驱动器 107仅供应有需要保持预定线性度和增益需求的电流量。只要满足这些 最低要求，就没有浪费电流并实现最大效率。当基于通过预驱动器在 输出驱动器偏流的输入值下出现在该输出驱动器偏流的输入值的信号 水平自动调节输出驱动器偏流时，预驱动放大器105因此以大大降低 的电流提供所需要的信号增益控制。本发明的主要的优点是使用输出驱动器107与预驱动放大器105 的组合。由于输出驱动器107的输入是相对高的阻抗，所以预驱动放 大器105不必驱动一般来说呈现出低阻抗的高电流负载。因此，预驱 动放大器105需要更加小的电流消耗，以将RF电压提供给输出驱动器 107的输入。因此，预驱动放大器105的增益变化不需要如在输出驱动 器107中的不同的电流。此外，可使预驱动放大器105制成更加小， 具有需要更加少的电流消耗以驱动高阻抗负载的较小的电容负载。图2是一种用于有效地控制线性射频(RF)驱动器200中功率的 方法的流程图。优选的办法包括提供从混频器到预驱动放大器201的 RF信号。预驱动放大器放大并控制信号水平，并且将放大器RF信号 供应给相当高的阻抗输出，其中输出驱动器的转换能力利用偏置控制 器205来调节。为了提供最大的电流效率，供应给输出驱动器的电流 被调节成最小电流消耗，该最小电流消耗将保持输出驱动器207的线 性度。因此，本发明提供一种用于具有功率水平控制的线性功率高效RF
驱动器系统的系统和方法。本发明使用信号增益控制预驱动放大器 105，其驱动具有相当高的阻抗输入的输出驱动器107。预驱动放大器105的输出信号和偏置控制器109的输出电流由AGC控制线来调谐， 以至于在供应给输出驱动器107的信号处于降低的水平时，输出驱动 器仅仅利用最小的电流量。这使由偏置控制器109供应给输出驱动器 107的偏流被匹配到由预驱动放大器105使用的增益控制量以保持给定 的输出信号水平的电流消耗最佳效率。因此，本发明的系统和方法基 于驱动器输入摆动，同时使用电流和功率放大器降低，来以最小的电 流降低信号失真误差。虽然已经说明和描述了本发明的优选实施例，但显然本发明不局 限于此。在不背离如所附加权利要求定义的本发明精神和范围的情况 下，本领域的那些技术人员可想到大量的修改、改变、变型、替换以 及等价物。如在此使用的，术语"由…组成"，"包括"或其任何其 他变化，旨在覆盖非排他性的内含物，以至于包括一列元素的过程、 方法、条款或装置不仅仅包括那些元素，而且可包括没有清楚地列出 的或对这样的过程、方法、条款或者装置来说固有的其他元素。
权利要求
1.一种线性功率高效射频(RF)驱动器系统，其包括至少一个预驱动放大器，用于放大RF信号；输出驱动器，具有相当高的阻抗输入，用于放大来自所述预驱动放大器的信号；偏置控制器，用于控制所述输出驱动器的RF功率输出；以及其中在保持所述输出驱动器的线性度的同时，所述预驱动放大器与所述偏置控制器的电流消耗被控制到最小水平。
2. 如权利要求1所述的线性功率高效RF驱动器系统，其中，所述至少一个预驱动放大器具有相当低的负载电容。
3. 如权利要求1所述的线性功率高效RF驱动器系统，其中，将 由所述预驱动放大器使用的偏流基本上调节到匹配所述偏置控制器的 偏流。
4. 如权利要求1所述的线性功率高效RF驱动器系统，其中，将 由所述预驱动放大器使用的偏流调节到与所述偏置控制器的偏流成比 例。
5. 如权利要求1所述的线性功率高效RF驱动器系统，其中，所 述输出驱动器将RF输出提供给相当低的阻抗。
6. —种用于有效调节功率放大器的功率输出的射频(RF)驱动器 系统，包括混频器，用于提供RF信号；预驱动放大器，用于放大RF信号；输出驱动器，用于放大所述预驱动放大器的输出；偏置控制器，用于通过调节输出驱动器偏流来控制所述输出驱动 器的输出功率；以及其中将由所述预驱动放大器的偏流调节用于保持所述输出驱动器 的线性度的最小水平。
7. 如权利要求6所述的RF驱动器系统，其中，所述输出驱动器的输入处于相当高的阻抗，用于降低由所述预驱动放大器使用的电流。
8. 如权利要求6所述的RF驱动器系统，其中，由所述偏置控制 器所使用的偏流根据所述预驱动放大器的偏流的调节来调节，用来保 持电流消耗高效率。
9. 如权利要求6所述的RF驱动器系统，其中，所述预驱动放大 器具有相当低的负载电容，以使电流消耗最小化。
10. 如权利要求6所述的RF驱动器系统，其中，所述输出驱动器 驱动相当低的阻抗。
全文摘要
线性功率高效射频(RF)驱动器系统(100)包括预驱动放大器(105)，用于放大RF信号；输出驱动器(107)，具有相当高的阻抗输入，用于放大来自预驱动放大器(105)的信号。偏置控制器(109)用来控制输出驱动器(107)的RF功率输出，其中在保持输出驱动器(107)线性度的同时，预驱动放大器(105)和偏置控制器(109)的电流消耗被控制到最小的水平。本发明的系统和方法工作以提供便携产品中的最小电流消耗，其基于驱动器输入摆动同时使用电流和功率放大器降低，从而降低信号失真。
文档编号H03G3/20GK101213741SQ200680023546
公开日2008年7月2日 申请日期2006年6月2日 优先权日2005年6月28日
发明者劳尔·萨尔维 申请人:摩托罗拉公司