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 器线性化方法和系统 (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。
附图说明 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 1 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)F0。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 F0 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 F0 具有与输入信号 161 的基音 F0 的 振幅基本相似的振幅， 但是输出信号 162 的基音 F0 的振幅可能大于或小于输入信号 161 的基音 F0 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 F0 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 F0 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 F0 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 F0 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 F0 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 F0 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 F0 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 F0 的振幅的减小量， 且确定消除的带 宽。将基音 F0 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 F0 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 一起产生消除信号 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 F0 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 F0 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 F0 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 F0 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 F0 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 F0 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 F0 应用带通滤波， 并将这些互调产物和 / 或基音 F0 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 F0 的功率电平， 且当基音 F0 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 12/413,454 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 +LPF
142 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 26 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 (minstep) 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 F0 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 F0 的消除或抑制。例如， 控制器 150 可以基于信号 163 中 的基音 F0 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 29-31 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。
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 F0r。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 F0i 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 322) 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 F0r 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 F0i 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， F0r， 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 (“EVM” )、 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 BCA， FBA， MSA， BSA， DSA 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 ＞ fLO)、 低通滤波器 (fPA ＜ fLO) 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 F0 的功 率电平 ( 经由峰值检测器 1235 和 A/D 转换器 1240)， 并监视用于调整外部回路 ( 如噪声消 除器 132) 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 F0 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、 1.5*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 F0 的采样的附 加位置。例如， 基音 F0 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、 ROM、 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。