采用基于消除的前馈的功率放大器线性化方法和系统的制作方法

专利名称：采用基于消除的前馈的功率放大器线性化方法和系统的制作方法
采用基于消除的前馈的功率放大器线性化方法和系统相关申请的交叉引用本专利申请要求2010年3月23日提交的题为“采用基于消除的前馈的功率放大器线性化方法禾口系统(Power Amplifier Linearization Usmg Cancellation-Based Feed Forward Method and System) ”的美国临时专利申请No. 61/316，608的权益。本专利申请还要求2010年5月18日提交的题为“采用基于消除的前馈的功率放大器线性化方法和系统(Power Amplifier Linearization Using Cancellation-Based Feed Forward Method and System) ”的美国临时专利申请No. 61/345，909的权益。本专利申请还要求2010年8 月20日提交的题为“用于噪声及干扰消除的方法和系统(Methods and Systems for Noise and Interference Cancellation) ”的美国临时专利申请No. 61/375，491的权益。上述在先申请中的每一个的全部内容通过引用结合于此。


图1是根据某些示例性实施例的具有用于改进功率放大器的线性度的线性化电路的系统功能框图。图2是根据某些示例性实施例的描述图1中的功率检测器的功能框图。图3是根据某些示例性实施例的具有用于改进功率放大器的线性度的线性化电路的系统的功能框图。图4是根据某些示例性实施例的具有用于改进功率放大器的线性度的线性化电路的系统的功能框图。图5是根据某些示例性实施例的描述用于调整信号消除器设定以改进功率放大器线性度的方法的功能框图。图6是根据某些示例性实施例的描述用于调整信号消除器设定以改进功率放大器的线性度的方法的功能框图。图7是根据某些示例性实施例的描述用于调整信号消除器设定以改进功率放大器线性度的方法的功能框图。图8是根据某些示例性实施例的描述用于调整信号消除器设定以改进功率放大器的线性度的方法的功能框图。图9是根据某些示例性实施例的具有用于改进功率放大器的线性度的线性化电路的系统的功能框图。图10是根据某些示例性实施例的具有用于改进功率放大器的线性度的线性化电路的系统的功能框图。图11是根据某些示例性实施例的具有用于改进功率放大器线性度的线性化电路的系统的功能框图。图12是根据某些示例性实施例的具有用于改进功率放大器线性度的线性化电路的系统的功能框图。图13是根据某些示例性实施例的功率放大器的发送路径的功能框图。
参考上述附图能够更好的理解本发明的许多方面。这些附图仅仅描述了本发明的示例性实施例，因此不应被认为是对本发明范围的限制，因为本发明允许其他相同效果的实施例。附图所示出的元件和特征不一定按比例，相反着重在于清楚地描述本发明的示例性实施例的原理。另外，某些尺寸可被放大从而帮助可视地表达上述原理。在这些附图中， 附图标记指示相似或相应但不一定相同的元件。
具体实施例方式本发明涉及一种通过消除或减小不需要的波谱分量，例如由发送链路中的功率放大器或其他元件(如，中频(“IF”)功率放大器或混频器)产生的非线性分量(如，IM3， IM5，IM7，IM9，等)、噪声及激励，以改进功率放大器线性度的方法和系统。此处描述的具体实施例支持用于消除、校正、寻址或补偿互调产物、干扰、电磁干扰(“EMI”)、噪声或其他不需要的波谱分量。通过线性改进，相邻信道功率比(“ACPR”)、输出功率和/或功率放大器的功耗都得到改进。这种输出功率的增加和/或功耗的减小导致功率放大器效率(“PAE”) 的增加。现在转向附图，在附图中相似数值标明相似(但不必相同)的元件，详细描述了本发明的具体实施例。图ι是依据某些示例性实施例的描述具有用于改进功率放大器105的线性度的线性化电路101的系统100的功能框图。示例性线性化电路101通过取消或减小由功率放大器105输出的信号的非线性分量的振幅，改进了功率放大器105的线性度。参考附图1，功率放大器105沿输入路径198设置以接收并放大由发射器103发射的信号161， 且在输出路径199上输出经放大信号162。在这个示例性实施例中，信号161在射频波段 (“RF”)具有基音(fundamental tone) FO0然而，线性化电路101不限于RF波段，且能用于改进其他频段、应用(诸如，有线电视放大器，及测试设备，如自动测试设备(“ATE”)和发生器)，或信号路径部分(如，中频(“IFx”))的信号线性度。在某些示例性实施例中，信号161包括多载波，例如蜂窝基站的情况。在某些示例性实施例中，信号161包括多载波， 例如正交频分复用的情况(“OFDM”)。功率放大器105调整来自发射器103的信号161的振幅并输出振幅经调整信号 162。在下面的详细描述中，线性化电路101通过处理来自功率放大器105的输出信号162 的一个或多个采样来改进功率放大器105的线性度。在某些示例性实施例中，功率放大器 105包括单级放大器，且线性化电路101处理来自单级放大器的输出信号162。在某些示例性实施例中，功率放大器包括多级放大器，且线性化电路101处理来自多级放大器的最终级或任何中间级的输出信号162。当功率放大器105调整输入信号161的振幅时，非线性波谱分量或互调产物，如互调产物IM3，IM5，IM7，IM9，等，被引入到输出信号162上。例如，输出信号162被描述为具有两个基音FO以及它们各自的第三级互调产物IM3和第五级互调产物IM5。互调产物和其他不需要的非线性频谱分量通过减小ACPR和/或使得功率放大器功耗增加而导致功率放大器105的性能退化。线性化电路101采用下面所描述的正向输送方法能够减小、抑制或消除这些不需要的频谱分量。尽管在附图1中描述的输出信号162的基音FO具有与输入信号161的基音FO的振幅基本相似的振幅，但是输出信号162的基音FO的振幅可能大于或小于输入信号161的基音FO的振幅。因此，功率放大器105具有增益“N”，其中N为任意正负数。示例性的线性化电路101包括第一耦合器111，用于沿功率放大器105的输入路径采样传输信号161以获取在引入互调产物之前的具有基音FO的信号161的纯净采样。这个采样信号被传递至分路器121，该分路器121为噪声消除器131和133提供采样信号。第二耦合器112连接至功率放大器105的输出以采样具有基音FO和由功率放大器(或传输链上的其他组件)引入到传输信号161上的互调产物的输出信号162。该采样信号被发送至噪声消除器131。噪声消除器131从由耦合器112中获取的采样输出信号中减去从分路器121接收的采样输入信号并产生输出信号163。从而，输出信号163中的FO分量的振幅相对于从功率放大器105输出的信号162的振幅减小，而互调分量的振幅保持基本不变或与信号162 的振幅相似(减去任何由耦合器112的耦合系数引起的损失)。在某些示例性实施例中，信号163的FO分量被噪声消除器131完全消除。在某些示例性实施例中，信号163的FO分量的振幅被减至与信号163的一个或多个互调产物的振幅相似的电平。例如，如信号163 所示，基音FO具有与第三级互调产物IM3类似的振幅。在某些示例性实施例中，噪声消除器131调整相位、振幅中的一个或在从采样输出信号中减去采样输入信号之前延迟采样输入信号和采样输出信号中的一个或二者。例如，噪声消除器131可以对采样输入信号和采样输出信号中的一个或二者应用相位调整或延迟调整，以在从采样输出信号中减去采样输入信号之前将采样输入信号与采样输出信号临时对准。在某些示例性实施例中，噪声消除器131包括I/Q调制器，该I/Q调制器基于同相设定(“I-值”)和正交设定(“Q-值”)对采样输入信号和/或采样输出信号应用相位、 振幅和/或延迟调整。噪声消除器131能够从控制器150接收I-值及Q-值，如下文将进一步描述。功率检测器140监视噪声消除器131的输出。在某些示例性实施例中，功率检测器140包括用于测量由噪声消除器131输出的信号163的总体功率电平的峰值检测器。功率检测器140也可以包括或耦合至模数转换器(“A/D转换器”)。该A/D转换器将功率测量值转换为数字格式并将这个功率测量值的数字版本提供给控制器150。控制器150以处理器、微处理器、微控制器、计算机、状态机、可编程器件或其他合适的技术的形式实现。控制器150监视从功率检测器140接收的功率测量值，并调整噪声消除器131的设定以改进信号163中的基音FO振幅的消除或减小。例如，控制器150可以基于从功率检测器140接收的功率测量值来调整噪声消除器131的I-值和Q-值设定。通过调整这些设定，控制器150调整信号163中的基音FO的振幅的减小量，且确定消除的带宽。将基音FO的功率电平减小至与互调产物类似的电平可适应功率检测器140、噪声消除器132、放大器155、的部件的动态范围，减小信号164的基音FO在消除点的插入损失并避免导致为了高数据率调制(如，64QAM)而引起信噪比问题。由噪声消除器131输出的信号163被发送至第二噪声消除器132。噪声消除器132 与放大器155 —起产生消除信号170，该消除信号170在被应用于输出路径199时抑制、减小或消除互调产物从而导致更纯净的信号164。噪声消除器132和放大器155通过调整信号163中的互调产物的振幅和相位(及可选的延迟)产生消除信号170。噪声消除器132 和放大器155调整消除信号170中的互调产物的振幅从而使得信号170(减去任何由耦合器113的耦合系数引起的损耗)中的这些互调产物的振幅等于或接近于由功率放大器105 输出的信号162中的互调产物的振幅。噪声消除器132也调整消除信号170中的互调产物的相位和/或延迟，从而使得当消除信号170与信号162耦合以产生信号164时，信号170 中的互调产物的相位相对于信号162中的互调产物的相位的相位差约为180度。在某些示例性实施例中，类似于噪声消除器131，噪声消除器132包括I/Q调制器， 该I/Q调制器基于I-值及Q-值设定对采样输入信号和/或采样输出信号应用相位、振幅和/或延迟调整。噪声消除器132能够从控制器150接收I-value及Q-value，如下文进一步讨论地。放大器155可包括一个或多个级联放大器，这一个或多个级联放大器补充由噪声消除器132作出的振幅调整。消除信号170经由耦合器113应用于信号162的信号路径。 在某些示例性实施例中，耦合器113包括如图1所示的定向耦合器。在接下来的描述中，在消除信号170已应用于信号路径之后，控制器150可基于保留在来自耦合器113下游的信号164上的互调产物的振幅来控制噪声消除器132的设定。典型的线性化电路101也可以包括与耦合器114连接的可选的第三消除器133。 耦合器114对将消除信号170应用于信号162而产生的信号164采样，并将该采样信号提供给噪声消除器133。噪声消除器133也经由分路器121接收纯净信号161的采样167。在某些示例性实施例中，当消除器131和133的输入连接在一起或以其它方式电耦合在一起时，分路器121可以被忽略。如上所论述的，在不具有由功率放大器105所产生的互调产物的情况下，信号161包括被发射器103传送的基音F0。噪声消除器133从源自耦合器114 的采样信号中减去源自分路器121的纯净输入信号167，并将所得的信号166馈送至功率检测器147。从而，输出信号166中的基音FO的振幅相对于信号164(减去任何由耦合器114 的耦合系数引起的损耗)减小，而互调分量的振幅保持基本不变或相似于信号164(减去任何由耦合器114的耦合系数引起的损耗)的振幅。在某些示例性实施例中，信号166的FO 分量被噪声消除器133完全消除。在特定的替代实施例中，信号166的FO分量的振幅减至与信号164的一个或多个互调产物的振幅相似的电平。例如，如信号166所示，基音FO具有与第三级互调产物IM3类似的振幅。在某些示例性实施例中，噪声消除器133在从耦合器114所接收的采样信号减去信号167之前，调整从耦合器114接收的采样信号和从分路器121接收的信号167中的一者或二者的相位、振幅或延迟之一。例如，噪声消除器131可以在从源自耦合器的信号中减掉信号167之前对信号167和源自耦合器114的信号的一个或二者应用相位调整或延迟调整，以将信号167与源自耦合器114的信号暂时对准。在某些示例性实施例中，噪声消除器 133包括I/Q调制器，该I/Q调制器基于I-值和Q-值设定对信号167和/或源自耦合器 114的信号应用相位、振幅和/或延迟调整。噪声消除器133能够从控制器150接收I-值和Q-值。控制器150可基于源自功率检测器147的反馈调整噪声消除器133的I-值和 Q-值设定。在线性化电路101中，噪声消除器133是可选的组件。噪声消除器133减小了信号166上的基音FO的功率电平，例如将其减小至接近信号166中的互调产物的电平。这减小了功率检测器147的动态范围要求并提高了线性化电路101的控制处理的准确度和/或速度。在某些示例性实施例中，如果相关级的动态范围是足够的，则噪声消除器133可以忽略。在某些示例性实施例中，使用信道滤波器以代替噪声消除器133或作为噪声消除器133的附加，以在源自耦合器114的采样信号被功率检测器147接收之前减小该采样信号的一个或多个分量的强度。在某些示例性实施例中，在该采样信号从耦合器114被接收之前，源自耦合器114的采样信号被向下混频并滤波。就是说，在某些示例性实施例中，可使用混频器和滤波器代替噪声消除器133或作为噪声消除器133的附加。噪声消除器133输出的信号166被发送至功率检测器147。下面参考附图2详细描述的功率检测器147可以选择频率并能测量噪声消除器133提供的输出信号166的总体功率或信号166的一个或多个互调产物和/或的基音分量FO或信号166的任意其他分量的功率电平。功率检测器147将这个测量值发送至控制器150，而控制器150转而调整噪声消除器132的设定(例如，I-值和Q-值)以选择性地抑制或消除源自功率放大器105的输出的互调产物，同时确定出消除带宽。从而，控制器150能够响应于功率检测器147所提供的反馈动态地控制噪声消除器132所提供的消除。在某些示例性实施例中，功率检测器140和147被实现为单功率检测器。例如，线性化电路101可以包括单极双掷开关以选择性地将信号163或信号166中的任意一个与单功率检测器的输入连接。图2是根据某些示例性实施例的描述图1中的功率检测器147的功能框图。参考图2，典型的功率检测器147包括可调谐有源滤波器141和/或PLL+混频器+LPF 142、峰值检测器143、开关145 ‘宽带馈通路径149和A/D转换器144。在这个实施例中，开关145 允许在可调谐有源滤波器141、PLL+混频器+LPF 142、宽带馈通路径149之间的选择。在可变实施例中，功率检测器147仅包括可调谐有源滤波器141、PLL+混频器+LPF 142以及宽带馈通路径149中的任一个。可调谐有源滤波器141对包含在信号中的互调产物和/或基音FO应用带通滤波， 并将这些互调产物和/或基音FO输出给峰值检测器143。控制器150可选择由可调谐有源滤波器141传递至峰值检测器143的频率。可调谐有源滤波器141允许控制器150特别地监视并改变选中的被抑制的互调产物或基音FO的功率电平，且当基音FO的功率电平低于互调产物的功率电平或与其类似时，可调谐有源滤波器141是有用的。在某些示例性实施例中，可调谐有源滤波器141包括与2009年3月27日提交的题为“使用信号消除功能的滤波整形(Filter Shaping Using a Signal-Cancellation Function) ” 的美国专利申请 12/413，4 中描述的可调谐有源滤波器相似或基本相同的可调谐有源滤波器。美国专利申请No. 12/413,454的完整公开内容通过引用完整结合于此。PLL+混频器+LPF 142包括锁相环(“PLL”)、混频器以及低通滤波器(“LPF”)。 PLL+混频器+LPF 142采用降频转换和信道选择滤波器将信号的特定互调产物(或基音 F0)传递至峰值检测器143。类似于可调谐有源滤波器141，传递至峰值检测器143的信号的特定频率由控制器150选择。峰值检测器143与开关145的输出连接以测量经滤波信号的功率电平。从而，峰值检测器143测量传递至峰值检测器143的单频(或多频)光谱或宽带分量中的任一个的功率电平。如果开关定位成使馈通路径149与峰值检测器143连接，则峰值检测器143测量信号的总功率电平。如果开关145定位成将可调谐有源滤波器141或PLL+混频器+LPF142与峰值检测器143连接，则峰值检测器143测量由可调谐有源滤波器141或PLL+混频器+LPF 142传递的信号的功率电平。峰值检测器143将测量得到的功率电平提供给A/D 转换器144。A/D转换器144将功率测量值转换为数字格式并将这个功率测量值的数字版本提供给控制器150。返回参考附图1，控制器150利用从功率检测器147(或功率检测器140)接收的功率测量值调整噪声消除器132的设定以改进对功率放大器105输出的信号162上存在的互调产物的抑制或消除。控制器150基于由耦合器114采样的信号164上的互调产物的功率电平调整噪声消除器132的I-值及Q-值设定，以调整消除信号170的互调产物的相位、振幅和/或延迟。控制器150可以多次反复执行一种或多种算法以调整噪声消除器132 的设定，直到实现期望的线性度改进。在执行算法期间，控制器150监视从功率检测器147 接收的功率测量值以确定噪声消除器132较好的设定(如I-值及Q-值)。在本文所描述的某些示例性实施例中可由控制器150实现的示例性算法在2011年1月沈日提交的题为“噪声及干扰消除方法和系统”的美国专利申请NO. 13/014, 681中有讨论。美国专利申请No. 13/014, 681的完整内容通过引用结合于此。控制器150执行的算法可以包括美国专利申请NO. 13/014681中描述的二进制校正算法(“BCA”)、快速二进制算法(“阳A”)、最少步骤(minst印)算法(“MSA”)、盲射算法(“BSA”)、双斜率算法(“DSA”)以及跟踪搜索算法中的一个或多个。在执行上述任意一种算法时，控制器150能够利用从功率检测器 147接收的互调产物的一个或多个功率测量值作为反馈值并采用负极性以确定对信号消除器132优选的设定。在某些示例性实施例中，功率检测器140包括与功率检测器147相同或相似的元件。就是说，在某些示例性实施例中，功率检测器140也可以包括可调谐有源滤波器、PLL+ 混频器+LPF和/或与峰值检测器耦合的分流电路。控制器150能够选择由功率检测器140 的可调谐有源滤波器和/或PLL+混频器+LPF传递的信号163的信道或频率分量，以选择性地测量信号163的基音FO的功率电平。控制器150采用这个功率测量值以改进或优化对仍旧存在于信号163中的基音FO的消除或抑制。例如，控制器150可以基于信号163中的基音FO的测得功率电平来调整噪声消除器131的I-值及Q-值，从而进一步抑制这些基音F0。在某些示例性实施例中，控制器150采用源自功率检测器140的功率测量值作为反馈值执行一种算法(如BCA，FBA, MSA, BSA, DSA,或跟踪搜索算法)并应用负极性来确定对信号消除器131优选的设定(例如，I-值及Q-值)。在某些示例性实施例中，用于采样路径(如，耦合器111，112，114)和每个消除路径(如，噪声消除器131-133)的延迟补偿也可在线性化电路101中采用，以改进消除带宽并覆盖针对多种通信标准的发射器130的全部频率范围。此外或可供选择的，一个或多个噪声消除器131-133能够包括多个噪声消除器从而提高信号163、166、164的消除带宽。当采用多个噪声消除器时，例如按照并联布置，控制器150可以执行美国专利申请 NO. 13/014，681的附图四_31中描述的一个或多个算法来确定噪声消除器的优选设定。线性化电路101可作为芯片、管芯或IP被集成到任何类型的功率放大器105中。 线性化电路101被实现为独立集成电路，该独立集成电路使用如上所述的耦合器与功率放大器105的输入和输出耦合。在某些示例性实施例中，线性化电路101被包含在与功率放大器105相同的集成电路上。
尽管已经就消除或抑制功率放大器105引入的互调产物的方面描述了线性化电路101，但线性化电路101也可以用于消除或抑制存在于传送链(如输入路径198)输出上而不是存在于传送链输入上的混频器谐波或噪声。在这种情况下，一个或多个从耦合器 111、112和114耦合出或耦合到耦合器113中的信号可以经由混频器升频转换或降频转换。 在某些示例性实施例中，线性化电路101也用于消除或抑制由与功率放大器信号路径相关联的IF放大器或混频器引起的噪声或激励。线性化电路101也能抑制其它类型的不需要的频谱分量，例如信号路径上存在的激励和/或噪声。此外，线性化电路101能够藉由其他元件如IF放大器或混频器来抑制不必要的频谱分量。为了减小由其他元件引入到信号路径上的不必要的频谱分量，耦合器111 可以定位在那些元件的输入处且耦合器112-114可以沿该元件的输出路径定位。在某些示例性实施例中，控制器150包括或与一个存储源连接，例如RAM，ROM或闪存。存储器可以为噪声消除器131-133储存优选(如温度和频带相关)的设定(例如， I-值及Q-值)。存储器也可以存储用于控制器150的一个和多个程序或算法(如BCA，FBA， MSA, BSA，DSA及跟踪搜索算法)。在某些示例性实施例中，控制器150与温度传感器连接， 该温度传感器测量线性化电路101的元件附近的温度或线性化电路101的温度。在某些示例性实施例中，控制器150与外部设备通信以接收控制命令，例如启用功率检测器140和147的元件的命令或选择功率检测器140、147的可调谐有源滤波器141 或PLL+混频器+LPF 142的特定信道的命令。在某些示例性实施例中，控制器为用户提供接口以供监视信号161-167并调整控制器150设定，例如选择一种算法或信号消除器131-133 的设定。该用户接口也允许用户启用功率检测器140、147的元件之一或选择可调谐有源滤波器141或PLL+混频器+LPF142的信道。在某些示例性实施例中，控制器150与主机系统 (如接收器，无线电话，或基站)通信以确定例如操作频带、功率电平或其他用于调整线性化电路101的设定的参数。在某些示例性实施例中，在功率放大器105的输出ACPR和输出功率保持恒定的情况下，线性化电路101将功率放大器105的功耗降低显著量。在某些示例性实施例中，在功率放大器105的偏置电流和输出功率保持恒定的情况下，线性化电路101将功率放大器105 的ACPR提高20db或更多。在某些示例性实施例中，在功率放大器105的偏置电流和输出 ACPR保持恒定的情况下，线性化电路101增加了功率放大器105的输出(和输入)功率。图3是根据示例性实施例的描述具有用于改进功率放大器105的线性度的线性化电路301的系统300的功能框图。典型的线性化电路301是前面附图1和2所述的线性化电路101的替代实施例。参考附图3，系统300包括多个与系统100的元件相同或相似的元件。特别地，系统300包括功率放大器105和用于消除或减小由功率放大器105产生的互调产物的线性化电路301。线性化电路301包括多个与线性化电路101的元件相同的元件，还包括可变衰减器321、322。线性化电路301也包括取代放大器155的可变增益放大器 (“VGA”)。可调谐衰减器321置于耦合器111 (和可选分路器121)和噪声小消除器131之间。 可调谐衰减器321将耦合器111采样的信号衰减至适应噪声消除器131的电平。可调谐衰减器322置于耦合器112和噪声消除器131之间。可调谐衰减器322类似地将耦合器112 采样的信号衰减至适应噪声消除器131的电平。这个由可调谐衰减器321和322产生的衰减改进了噪声消除器131的动态范围。在某些示例性实施例中，一个或多个可调谐衰减器 321，322和VGA355由控制器150控制。
依据特定的实施例，附图4是描述具有的线性化电路301的系统400的功能框图，线性化电路401用于改进功率放大器105的线性度。典型的线性化电路401是前面附图1和2所述的线性化电路101的另一变化实施例。参考附图4，系统400包括多个与系统100和300相同或相似的元件。特别地，系统400包括功率放大器105和用于消除或减小由功率放大器105产生的互调产物的线性化电路401。线性化电路301包括多个与附图3所描述的线性化电路301相同的元件，外加混频器405，410，415，420。在这个某些示例性实施例中，发射器103发送信号461 (如，经由正交调幅器)，主要包括基音FOr。标记“r”表示基音的频率在射频频率(“RF”)或其他任意的载波频率。 信号461采样于耦合器111并传送到混频器405。混频器405通过将采样信号与本地振荡信号混合以转换采样信号的频率，从而产生具有中频(“IF”)基音FOi的输出信号。线性化电路401包括通过耦合器112 (和可选地可变衰减器32 接收功率放大器 105输出处采样的信号的第二混频器410。输出采样信号包括经放大的基音FOr和在载波或载波附近的互调产物(如，IM3r, IM5r, IM7r，等)。混频器410覆盖采样信号的频率，通过将采样信号与本地振荡信号混合从而产生具有中频处或中频附近的基音FOi和互调产物(如，IM3i，IM5i，IM7i，等)的输出信号。噪声消除器131和132、可选的噪声消除器133以及关联元件与以上参照图1描述的相应噪声消除器131-133和关联元件相似地起作用。然而，VGA 355输出处的混频器415 将存在于补偿信号(及保留的基音信号)中的互调产物的频率转换回载波频率范围(如， FOr, IM3r，IM5r，IM7r，等)。并且，插入在耦合器114和可选的噪声消除器133之间的混频器420将纯净的输出信号转换到用于外部校准回路的中频范围中。混频器405，410，415和420的添加增大了线性化电路401的频率范围。在某些示例性实施例中，由线性化电路401执行的非线性分量振幅的消除或减小发生在高IF(如用于超宽带(“UWB”)功率放大器的500MHZ-3GHZ)，或者是低IF(如数十MHZ到几百MHZ)。 在某些示例性实施例中，取决于线性化电路401所引入的延迟，可采用非常低的IF。线性化电路401中阐述的衰减器321和322可选类似于附图3中相应的衰减器 321和322。在这个示例性实施例中，衰减器321和322可以在混频器405和410之前实现或作为混频器405和410所执行的功能。图5是根据某些示例性实施例的描述用于调整附图1-4中的噪声消除器132的设定以改进功率放大器105的线性度的方法500的功能框图。基站的接收器(或任意其中存在功率放大器105的主机系统，例如任意手持设备)被配置或调谐至与基站相同的发射频带。例如，本地振荡频率可被调谐为发射频带。功率放大器105的输出处的被传送信号和它们的互调产物在传递至接收链上的低噪声放大器(LNA) 510之前通过双工器505 (例如具有发射滤波器和接收滤波器)。低噪声放大器(“LNA”) 510输出的信号通过混频器515降频转换，然后由低通滤波器520(或其他任意中频带通滤波器)滤波。滤波器520输出的经滤波信号被传递至A/D转换器525。A/D转换器525的输出被馈送给基带处理器530，该基带处理器530分析发送信号并产生与发送信号关联的信息。例如，这个与发送信号关联的信息可以包括接收信号强度指示符(“RSSI”)、相邻信道泄漏比(“ACLR”)、相邻信道功率比(“ACPR”)、误差矢量幅度(1￥11”)、和/或误码率(“BER”)。这个信息直接与功率放大器105的线性度相关。基带处理器530将这些信息传给控制器150，然后控制器150基于算法(如BCA，FBA, MSA, BSA, DSA,或跟踪及搜索算法)调整噪声消除器132的I和Q设定(I-值及Q-值)，且这些信息与发射信号相关联。因此，控制器150可采用RSSI、ACLR、 ACPR、EVM和/或BER作为反馈值来执行一种或多种算法。在这个某些示例性实施例中，发射信号可以是发射器(如占据5MHZ信道的64QAM， 占据毗邻或替代信道的多载波)的特定通信信道的经调制信号，也可以是位于发射器103 所使用的通信带上部、中部或下部的两个单音。用于降频转换的本地振荡器频率能够被相应调整以允许期望的发射信号(包括互调产物)传递给基带处理器530，用于测量EVM和 /或BER和/或RSSI，或允许互调产物传递给基带处理器530用于测量ACLR。由于双工器 505的TX(发射器)-RX(接收器)隔离的衰减由频率而定，所以可选地测量或存储(如在基带处理器530中)双工器505的TX或RX转移函数作为校准基准。图6是根据某些替代的示例性实施例的描述用于调整图1-4中的噪声消除器132 的设定以改进功率放大器105的线性度的方法600的功能框图。在这个特定实施例中，耦合器645采样功率放大器105输出的信号(包括基音和互调产物)。在外部回路校准期间，这个采样输出信号通过开关635并经由耦合器640耦合到接收链之上。在接收链正常运转期间，开关635将耦合器640与耦合器645断开。在某些示例性实施例中，耦合器640可以位于所示LNA 510的输出处，或在LNA510的输入处。在耦合器位于LNA510输出的实施例中， LNA510可选地被停用，从而使来自从天线中接收的信号的采样PA输出谱和/或LNA 510产生的噪声隔离。接收器的本地振荡设定为被调谐至发射器的发送频带。在已经被传递通过滤波器 520和MD转换器525之后，发射信号和互调产物可以被传递到基带处理器530上。参考前面所描述的附图5，基带处理器530测量RSSI、ACLR、EVM和/或BER并向控制器150提供这些测量值。在执行一个或多个算法(如804』84，1^4，834，034及跟踪搜索算法)期间， 控制器150利用这些测量值作为反馈值。与方法500相比，示例方法600使双工器505旁路且其与频率有关的TX-RX隔离不会影响外部回路(如噪声消除器132回路)的校准。并且，通过可选地停用LNA 510，通过天线接收的TX信号(如，从附近基站前面或在TX带中的 RX信号的噪声相位部分)的影响也可被消除。图7是根据某些替代的示例性实施例的描述用于调整图1-4中的噪声消除器132 的设定以改进功率放大器105的线性度的方法700的功能框图。示例方法类似于附图6所描述的方法600。然而，连接在本地振荡器输入、LNA510输出以及通向耦合器645的采样路径之间的开关635和耦合器640被单极双掷(“SPDT”)开关780代替。在本示例性实施例中，一个可选的可变衰减器775也被插入到耦合器645和开关780之间的采样路径上，用于衰减发射器103所发送的信号以使这些信号不会超出混频器515的线性度标准。在接收链正常运转期间，开关780连接在混频器515输入与LNA510输出之间。在噪声消除器132校准期间，开关780连接在混频器的输入与采样路径之间。功率放大器105 输出处的采样发送信号和互调产物被传递至混频器515以进行频率转换，随后通过基带处理器530测量RSSI、ACLR、EVM和/或BER。这些测量值被传递至控制器150，且控制器150 基于这个测量和/或一个或多个算法(如BCA，FBA, MSA, BSA, DSA,或跟踪搜索算法)调整噪声消除器132的设定(例如，I-值及Q-值)。图8是根据某些替代的示例性实施例的描述用于调整图1-4中的噪声消除器132 的设定以改进功率放大器105的线性度的方法800的功能框图。示例方法类似于附图 6和7所描述的方法600和700。然而，双工器505被发射/接收(“T/R”)开关885取代。发射/接收(T/R)开关885典型地用于基站的时域多路复用(例如时分同步码分多址 (“TD-SCMA”))，且在许多手持设备中大量应用。在噪声消除器132校准期间，T/R开关885将功率放大器105的输出与天线连接， 而接收链中的LNA510为了消除其噪声层的影响选择性地关闭。开关780将采样路径连接至混频器515。可选地被可变衰减器775衰减的采样发送信号和其互调产物被传送到混频器515上以进行频率转换。然后由基带处理器530测量采样信号的RSSI、ACLR、ACPR、EVM、 和/或BER。这些测量值被传递给控制器150且控制器150基于测量值和/或一个或多个算法(如BCA，FBA, MSA, BSA, DSA,或跟踪搜索算法)调整噪声消除器132的设定。图9是根据某些示例性实施例的描述具有用于改进功率放大器105的线性度的线性化电路901的系统900的功能框图。线性化电路901是以上图1和2所述的线性化电路 101的另一替代实施例。参考图9，系统900类似于图4的系统400，不同之处在于功率放大器105的输入处的混频器905沿功率放大器105的信号路径设置而不是在消除器131和 133的信号路径中。示例性的线性化电路901包括位于混频器905的输出处的可选的镜像抑制滤波器 950，用于抑制混频器905产生的任何镜像。这个滤波器950也能减小混频器馈通对功率放大器105的影响。取决于发射器103的频率，滤波器950可以采用高通滤波器(fPA>fM)、 低通滤波器(fPA < fL0)或fPA位于其通带中央的带通滤波器的形式。线性化电路901还包括在外部回路中的镜像抑制滤波器955，用于抑制混频器915 产生的镜像。线性化电路的内部回路中的附加滤波器960提供对来自混频器910的混频器泄漏的附加抑制。图10是根据某些示例性实施例的描述具有用于改进功率放大器105的线性度的线性化电路1001的系统1000的功能框图。线性化电路1001是图1和2所述的线性化电路101的另一替代实施例。参考附图10，示例性的线性化电路1001与线性化电路101的不同之处在于线性化电路1001包括位于内部回路的输入(如，可选的可变衰减器322的输入处)的PA输出端的定向耦合器1010，该定向耦合器1010排除位于功率放大器105输出处的一个耦合器(如，附图1的耦合器112)。本实施例的优点是其减小了由所排除的耦合器所引起的功率放大器输出路径199中的插入损耗。在这个示例性实施例中，定向耦合器1010的方向性典型地好于可变衰减器322、 噪声消除器132、VGA 355的总增益之和，且定向耦合器1010的耦合效率确保噪声消除器 132周围的回路的稳定性。在该实施例中，采样和消除共用耦合器1005、1010。图11是根据某些示例性实施例的描述具有用于改进功率放大器105的线性度的线性化电路1101的系统1100的功能框图。线性化电路1101是以上图1和2所述的线性化电路101的另一替代实施例，且与图4的线性化电路401特别相似。参考图11，线性化电路1101与线性化电路401的不同之处在于线性化电路1101包括位于混频器410和可选的可变衰减器322的输入之间的定向耦合器1105，该定向耦合器1105消除功率放大器105输出处的一个耦合器(例如，图4的耦合器112)。本实施例的优点是其减小了功率放大器输出路径199中的插入损耗。在这个示例性实施例中，定向耦合器1105的方向性典型地好于可调谐衰减器 322、噪声消除器132、VGA355的总增益之和，且定向耦合器1105的耦合系数确保噪声消除器132周围的回路稳定性。在该示例性实施例中，采样和消除共用耦合器1105、1110。图12是根据某些示例性实施例的描述具有用于改进功率放大器1105的线性度的线性化电路1201的系统1200的功能框图。线性化电路1201是前面图1和2所述的线性化电路101的另一替代实施例，且特别类似于图1的线性化电路101。参考图12，除了线性化电路101的部件之外，示例性的线性化电路1201包括混频器1205、带通滤波器1220以及低通滤波器1225。混频器1205的输入经由耦合器111接收发射器103所发送的信号的采样、在经由耦合器113和开关1210应用消除信号处下游的信号的采样、或噪声消除器131 经由开关1210输出的信号。通过在这种设置中增加混频器1205及滤波器1220和1225，控制器150能够监视用于调整内部回路(如噪声消除器131)的噪声消除器131的输出处采样的基音FO的功率电平(经由峰值检测器1235和A/D转换器1M0)，并监视用于调整外部回路(如噪声消除器13 的经由耦合器113采样的IM产物的功率电平。在某些示例性实施例中，带通滤波器1220具有介于由发射器发射的通信带宽(或信道)(“fc”)和2*fc之间的通带频率 (如用于UMTS850基站的25MHZ到50MHZ)。在某些示例性实施例中，带通滤波器1220具有介于2*fc和3*fc (如用于UMTS850的50MHZ到75MHZ)之间的带通频率。在某些示例性实施例中，低通滤波器1225具有发射器所发送的通信信号的总信道带宽fc的带宽(如用于 UMTS850 实施例的 25MHZ)。开关1210、1215和1230由控制器150操作以选择需要监视的信号。特别地，当开关1210连接在混频器1205(例如，RF端口 )与消除器131输出之间时，开关1215连接在混频器1205(例如，IF端口)与低通滤波器1225的输入之间，且开关1230连接在低通滤波器 1225的输出与峰值检测器1235输入之间。峰值检测器输出显示用于内部回路调整的载波基音FO功率电平。类似地，当开关1210连接在混频器1205(例如RF端口)与耦合器113 之间时，开关1215连接在混频器1205(例如，IF端口 )与带通滤波器1220的输入之间，且开关1230连接在带通滤波器1220的输出与峰值检测器1235输入之间。峰值检测器输出表明用于外部回路调整的互调产物。在某些示例性实施例中，该校准在与功率放大器线性化电路1201相同的芯片上实现，且在不包含基站的情况下确保校准及测量的连续操作。在其他实施例中，带通滤波器1220可以仅具有带宽的一小部分，例如1MHz，且具有可调整的中心频率，以允许其中心频率位于例如fc、l. 5*fc、2*fc、2. 5*fc和3*fc。当峰值检测器在该带宽内输出互调产物功率电平时，控制器150基于一算法选择该带通滤波器的中心频率，例如全面扫描发送频带。然后控制器150结合那些测量值计算横跨整个通信带宽的互调产物功率电平的平均值，并在需要时调整外部回路(如噪声消除器132的路径) 的设定(I-值和Q-值)。在某些示例性实施例中，开关1210和/或开关1230被组合器、分路器或电流求和器件代替。在某些示例性实施例中，从线性化电路1201中省略峰值检测器1235、LPF 1225、 BPF 1220、开关1215、1230。在这种实施例中，通过ADC1240将混频器1205的输出信号直接转换成数字信号，以供控制器150使用数字信号处理技术来提取互调产物或基音的功率电平。图13是描述前面图1-12之一的功率放大器105的示例性发送路径1300的框图。 参考图13，发送路径1300包括输入路径198和输出路径199。输入路径包括正交调制器 1310和前置驱动器1315。输出路径199包括与双工器1320耦合的发射天线1325。提供该附图以示出沿着发送路径1300的能够获取由发射器103发送的信号的基音FO的采样的附加位置。例如，基音FO的采样可以在正交调制器1310的输入处的点1355处、前置驱动器 1315的输入处的点1365处、功率放大器105的输入处的点1375处获得。先前所给出的实施例中描述的示例性方法和动作是说明性的，并且在替代实施例中，某些动作能以不同顺序、相互并行执行、或完全忽略和/或在不同特定实施例之间组合、和/或执行某些附加的动作，而不背离本发明的范围和精神。因而，这些替代实施例包括在此处所描述的本发明中。本发明能通过执行以上所述方法和处理功能的计算机硬件和软件来使用。正如本领域技术人员所能理解，此处所描述的系统、方法及程序能够在可编程计算机、计算机可执行软件或数字电路中具体化。软件能够存储在计算机可读介质上。例如，计算机可读介质包括软盘、RAM、R0M、硬盘、可移除介质、闪存、存储棒、光介质、磁-光介质、CD-ROM等。数字电路可以包括集成电路、门阵列、构件块逻辑、现场可编程门阵列(“FPGA”)等。尽管以上已经详细描述了本发明的特定实施例，然而这些描述仅用于说明目的。 因而应该意识到，以上描述的本发明的许多方面仅仅是作为示例，并不能认为是本发明必需或必要的元素，除非明确声明。除了那些前面所述的，获知本发明益处的本领域技术人员可对所公开示例性实施例的诸方面作出各种修改和与其对应的相应动作，而不背离在所附权利要求中定义的发明的精神和范围，所附权利要求被给予最宽泛解释以涵盖此类修改和等效结构。
权利要求
1.一种用于改进功率放大器的线性度的系统，包括第一输入，可操作地与所述功率放大器的输入信号路径耦合以获取所述功率放大器的输入信号的第一采样；第二输入，可操作地与所述功率放大器的输出信号路径耦合以获取所述功率放大器的输出信号的第二采样，所述采样包括与所述输出信号的至少一个非线性分量相对应的至少一个采样非线性分量；输出，可操作地与所述功率放大器的输出信号路径耦合以将线性度改进信号应用于所述输出信号路径；第三输入，从所述第二输入和输出的下游位置可操作地与所述输出信号路径耦合以获取所述输出信号的第三采样；以及线性化电路，与所述输入和输出电耦合且包括第一信号消除器，用于从所述第二采样中减去所述第一采样以产生包括至少一个采样非线性分量的中间信号；第二信号消除器，与所述第一信号消除器的输出耦合，且可操作地通过基于控制设定调整所述至少一个采样非线性分量的振幅、相位和延迟中的至少一个来产生所述线性度改进信号，所述线性度改进信号可操作地响应于被耦合至所述输出处的输出信号路径减小所述至少一个非线性分量的强度；功率检测器，用于测量所述第三采样的至少一个非线性分量中的至少一个的强度电平；控制器，用于基于测得的强度电平调整所述第二信号消除器的设定。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述设定包括同相设定和正交设定。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括设置于所述第二输入和所述第一信号消除器之间的衰减器。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二采样包括基音分量，且其中所述第一信号消除器响应于从所述第二采样减去所述第一采样来减小所述基音分量的强度。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，在从所述第二采样中减去所述第一采样之前，所述第一信号消除器调整所述第二采样的至少一个分量的振幅、相位和延迟中的至少一个。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括第二功率检测器，用于测量所述中间信号的至少一个分量的强度，其中所述控制器接收来自第二功率检测器的强度测量并基于所述强度测量调整所述第一信号消除器的至少一个设定。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述功率检测器包括 输入，用于接收信号；峰值检测器，用于测量所述信号的强度；开关，用于在所述中间信号与第三采样之间选择切换作为所述信号； 滤波器，设置于所述功率检测器输入与峰值检测器之间。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括设置于所述第一输入和所述第一信号消除器之间的第一频率转换混频器、设置于所述第二输入和所述第一信号消除器之间的第二频率转换混频器、以及设置于所述输出和所述第二信号消除器之间的第三频率转换混频器。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一信号消除器和所述第二信号消除器在集成电路中制造。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一信号消除器和所述第二信号消除器在所述功率放大器的集成电路中制造。
11.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述线性化电路进一步包括第三信号消除器，所述第三信号消除器在将所述第三采样传递至所述功率检测器之前从所述第三采样中减去所述第一采样。
12.如权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括开关，包括第一开关输入，配置为与所述第一信号消除器的输出电耦合以接收所述中间信号的采样；第二开关输入，配置为与所述第三输入电耦合以接收所述第三采样；以及开关输出；混频器，包括第一输入，电耦合至所述开关输出；第二输入，配置成电耦合至所述第一输入以接收所述第一采样；以及混频器输出，电耦合至一个或多个滤波器，所述一个或多个滤波器可操作地对所述混频器输出的信号滤波并将经滤波信号递送给所述功率检测器的峰值检测器；其中所述控制器逻辑地耦合至所述开关、所述混频器、所述一个或多个滤波器以及所述峰值检测器，以及其中所述控制器可操作地配置所述开关、所述混频器、所述一个或多个滤波器以及所述峰值检测器中的每一个，以选择性地测量所述中间信号和所述第三采样中的一个的至少一个频谱分量的强度电平。
13.一种用于减小功率放大器的输出信号的非线性分量的方法，所述方法包括(a)从沿着所述功率放大器的输入路径的位置获取输入信号的第一采样；(b)从沿着所述功率放大器的输出路径的第一位置获取所述输出信号的第二采样，该采样包括施加到所述功率放大器输出信号之上的至少一个非线性分量；(c)通过从所述第二采样中减去所述第一采样以减小所述第二采样的频谱分量以产生第一中间信号；(d)通过基于控制设定调整所述第一中间信号的振幅、相位和延迟中的至少一个以产生线性度改进信号，所述线性度改进信号响应于被应用于所述输出信号而可操作地减小所述至少一个非线性分量的振幅；(e)在沿所述输出信号路径的第二位置将所述线性度改进信号应用于所述输出信号；(f)从沿着所述第二位置下游的输出信号路径的第三位置获取所述输出信号的第三采样，所述第三采样包括与所述至少一个非线性分量相对应的至少一个振幅经调整的非线性分量；(g)确定所述第三采样中的所述至少一个振幅经调整的非线性分量的强度电平；(h)基于所述强度电平调整所述控制设定。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述控制设定包括同相设定和正交设定。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述至少一个非线性分量包括由所述功率放大器施加于所述信号之上的互调产物。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括利用所述至少一个振幅经调整的采样非线性分量的所述强度电平作为反馈值来执行计算机程序以确定所述控制设定。
17.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第二采样包括基音，且其中基音强度响应于从所述第二采样中减去所述第一采样而减小。
18.如权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括在从所述第二采样中减去所述第一采样之前，调整所述第二采样的至少一个分量的振幅、相位和延迟中的至少一个。
19.如权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括重复(a)到(h)以改进所述第三采样的所述至少一个互调产物的电平强度的减小。
20.如权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括通过独立的本地振荡器或共享的本地振荡器转换所述第一采样、所述第二采样、所述第三采样和所述线性度改进信号的频率。
21.如权利要求13所述的方法，其特征在于，调整所述控制设定包括调整产生所述线性度改进信号的噪声消除器的同相设定和正交设定。
22.如权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括在确定所述第三采样的所述至少一个振幅经调整的非线性分量的强度电平之前，从所述第三采样中减去所述第一采样。
23.如权利要求13所述的方法，其特征在于，确定所述第三采样中的至少一个互调产物的强度电平包括使用信道滤波器减小所述第三采样的至少一个频谱分量的强度电平。
24.如权利要求13所述的方法，其特征在于，确定所述第三采样中的至少一个互调产物的强度电平包括通过对具有所述功率放大器基带频率或附近频率的第三采样的分量进行降低混频和滤波来减小所述第三采样的至少一个频谱分量的强度电平。
25.—种系统，包括 信号发送路径，包括放大器；第一输入，配置为接收输入所述放大器的输入信号的第一采样； 第二输入，配置为接收来自所述放大器的输出信号的第二采样； 输出，配置为向所述放大器输出馈送线性度改进信号；第三输入，配置为从沿所述第二输入和输出下游的放大器输出信号路径的位置接收所述放大器输出的第三采样；以及线性化电路，电耦合至所述第一输入、所述第二输入、所述第三输入以及所述输出，所述线性化电路包括第一信号消除电路，用于从所述第二采样中减去所述第一采样以产生中间信号； 第二信号消除电路，用于通过基于同相设定和正交设定调整所述中间信号的相位、振幅和延迟中的至少一个以产生所述输出信号；以及控制器，可操作地基于所述第三采样的至少一个频谱分量的强度电平来调整同相设定和正交设定。
26.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述第三采样包括由所述放大器施加到所述输出信号上的至少一个非线性分量，且其中所述线性度改进信号可操作地减小所述至少一个非线性分量的强度电平。
27.如权利要求沈所述的系统，其特征在于，至少一个频谱分量包括所述非线性分量。
28.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述系统是蜂窝电话系统。
29.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述线性化电路被实现为一个或多个集成电路。
全文摘要
通过消除或减小由功率放大器产生的非线性分量(如IM3，IM5，IM7，IM9等)的振幅，线性化电路可以提高功率放大器的线性度。线性化电路能够获取功率放大器输出的采样信号并处理该采样信号以产生适用于功率放大器输出之上或之中的消除信号。生成消除信号使得当其应用于功率放大器的输出端时，该消除信号取消或减少由该功率放大器产生的非线性分量的至少一部分。通过执行一个或多个调谐算法以及基于这些算法的结果调整线性化电路的设定，控制器能够改进非线性分量的校正。
文档编号H03F3/20GK102324900SQ20111012973
公开日2012年1月18日 申请日期2011年3月22日 优先权日2010年3月23日
发明者W·S·哈恩, 陈玮 申请人:英特赛尔美国股份有限公司