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1、(10)申请公布号 CN 102185571 A (43)申请公布日 2011.09.14 CN 102185571 A *CN102185571A* (21)申请号 201110110315.8 (22)申请日 2011.04.29 H03F 3/68(2006.01) (71)申请人 中兴通讯股份有限公司 地址 518057 广东省深圳市南山区高新技术 产业园科技南路中兴通讯大厦法务部 (72)发明人 陈化璋 刘建利 安晋元 崔晓俊 (74)专利代理机构 北京安信方达知识产权代理 有限公司 11262 代理人 吴艳 龙洪 (54) 发明名称 峰值放大器的导通控制方法、 装置及多合体 功率放。
2、大器 (57) 摘要 本发明公开了一种峰值放大器的导通控制方 法、 装置及多合体功率放大器， 其中导通控制装置 包括 Doherty 功率放大器的峰值放大支路中的射 频开关电路， 该射频开关电路用于， 对峰值放大支 路中的峰值放大器的导通和关断进行控制。本发 明避免了 Doherty 功放中峰值支路提前导通的缺 点， 降低了峰值功放的功耗， 提高了整个功放的批 量效率 ； 且相比一些厂家使用复杂数字电路来改 善峰值功放导通时间的方案， 大幅度降低了功放 的产品成本和生产成本。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页。
3、 附图 2 页 CN 102185575 A1/1 页 2 1. 一种峰值放大器的导通控制方法， 其特征在于， 应用于多合体 （Doherty） 功率放大 器， 在 Doherty 功率放大器的峰值放大支路中设置射频开关电路， 并通过所述射频开关电 路对所述峰值放大支路中的峰值放大器的导通和关断进行控制。 2. 如权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 所述通过所述射频开关电路对所述峰值放大支路中的峰值放大器的导通和关断进行 控制， 具体包括 ： 当所述峰值放大支路的输入信号小于所述射频开关电路的导通电平时， 所述射频开关 电路关闭， 所述峰值放大器关断 ； 当所述峰值放大支路的输入信号增大。
4、至所述射频开关电路的导通电平时， 所述射频开 关电路导通， 所述峰值放大器导通。 3. 如权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 所述方法还包括 ： 通过改变所述射频开关电路的控制电压的大小， 调节所述射频开关电路的导通电平。 4. 如权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 所述峰值放大支路由多级峰值放大器组成时， 所述射频开关电路是设置在末级峰值放 大器之前。 5. 如权利要求 1、 2、 3 或 4 所述的方法， 其特征在于， 所述射频开关电路中包括 ： PIN 管射频开关、 或者单片微波集成电路 （MMIC） 射频开关。 6. 一种峰值放大器的导通控制装置， 其特征在于， 所述装置包。
5、括 Doherty 功率放大器 的峰值放大支路中的射频开关电路， 所述射频开关电路用于， 对所述峰值放大支路中的峰值放大器的导通和关断进行控 制。 7. 如权利要求 6 所述的装置， 其特征在于， 所述射频开关电路用于， 按照以下方式对所述峰值放大支路中的峰值放大器的导通和 关断进行控制 ： 当所述峰值放大支路的输入信号小于所述射频开关电路的导通电平时， 所述射频开关 电路关闭， 所述峰值放大器关断 ； 当所述峰值放大支路的输入信号增大至所述射频开关电路的导通电平时， 所述射频开 关电路导通， 所述峰值放大器导通。 8. 如权利要求 6 所述的装置， 其特征在于， 所述射频开关电路连接有控制电。
6、压端， 所述射频开关电路的导通电平通过所述控制电 压端的控制电压的大小进行调节。 9. 如权利要求 7 所述的装置， 其特征在于， 所述峰值放大支路由多级峰值放大器组成时， 所述射频开关电路是设置在末级峰值放 大器之前。 10.一种多合体功率放大器， 包括如利要求6、 7、 8或9所述的峰值放大器的导通控制装 置。 权 利 要 求 书 CN 102185571 A CN 102185575 A1/5 页 3 峰值放大器的导通控制方法、 装置及多合体功率放大器 技术领域 0001 本发明涉及基站功率放大器技术领域， 尤其涉及一种峰值放大器的导通控制方 法、 装置及多合体功率放大器。 背景技术 0。
7、002 随着绿色环保、 低碳经济理念在全球不断的推广深入人心， 运营商对于无线通信 系统的功耗降低的要求也越来越高。 在无线通信系统中， 基站设备中的射频功率放大器 （简 称功放） 是整个系统的核心模块之一， 射频功率放大器的重要指标是功放效率。数据分析表 明， 在整个基站设备里， 功放部分的能耗占到了总体能耗的 60% 左右， 提高功放的效率从而 成为了降低基站设备功耗， 降低运营商的运营成本 OPEX（Operating Expense， 运营成本） 的最有效手段。 因此， 面对无线通信日益激烈的市场竞争， 高效率的射频功放技术已经成为 无线通信行业竞争的焦点之一。 0003 Dohert。
8、y（多合体） 功放是无线通信系统目前最为广泛应用的一种高效率功放技 术， 它是由一位名叫William H. Doherty的美国电子工程师于1936年发明的。 但是在接下 来的大约三十年时间里， 人们的注意力转移了。直到六十年代末期， 随着通信技术， 特别是 卫星通信的发展， 将功率放大器的效率和线性问题在一个新的历史场合重新提出， Doherty 放大器又被挖掘出来， 广泛应用于七十年代的通信和广播系统中。目前， Doherty 功放与 DPD（Digital Pre-distortion， 数字预失真） 技术结合应用， 已成为无线通信系统基站高效 率功放主流的构架形式。 0004 Doh。
9、erty 功放的基本思想是有源负载牵引， 传统的 Doherty 功放原理如图 1 所示， 其主要包括推动级放大器 （图中 Dr1Drn） 、 功率分配 （图中 D） 、 载波放大器 （图中 C， 也称为 主功放） 、 峰值放大器 （图中 P， 也称为辅助功放） 、 功率合成电路 （图中 Combiner） 等。其中， 载波功放工作在 B 类或 AB 类， 峰值功放工作在 C 类。二者分别承担不同的输入信号功率， 且需尽可能的使得两部分功放都工作在各自的饱和区中， 从而保证整个功放在尽量大的输 入信号功率范围内都保持较高的效率， 同时保证一定的线性。 0005 Doherty 功放主要包括如下。
10、三种工作状态 ： 1） 小信号区。 当输入信号比较小的时候， 峰值放大器处于关断状态， 载波放大器工作在 AB 类， 此时， 载波放大器工作在最大效率匹配状态 ； 2） 负载调制区。 当输入信号增大到一定程度， 载波放大器逐渐由放大区向饱和区过渡， 峰值放大器逐渐由截止区向放大区过渡， 此时， 载波放大器和峰值放大器的负载都是不稳 定的， 负载阻抗随功率的变化而变化 ； 3） 饱和区。随着输入信号的不断增大， 载波放大器和峰值放大器最终都工作在饱和状 态， 二者均对应着 50 负载， 输出功率相加。 0006 运营商对通信系统的要求是功耗越低越好， 效率越高越好。 因此， 我们必须不断寻 求进。
11、一步降低功耗、 提升效率的方法。而传统的 Doherty 功放有一个缺点 ： 理论上 Doherty 功放的峰值功放的功耗是非常小的， 但是在实际功放中峰值功放的功耗却占到了 10%-20%。 说 明 书 CN 102185571 A CN 102185575 A2/5 页 4 这是因为在Doherty功放中峰值功放工作在C类， 在小信号工作时峰值放大器不导通， 在放 大信号由小逐步变大到一定程度时， 载波放大器开始出现压缩趋势， 此时峰值放大器必须 能正常导通工作， 否则会对 DPD 对功放线性的改善造成影响。而 C 类放大器的导通是随着 信号由小到大逐渐导通的， 所以在实际应用中为了在载波。
12、放大器开始压缩时峰值放大器能 完全导通， 必须使之在更低的电平下提前导通， 这样就增大了峰值功放的功耗， 从而降低了 整个功放的效率。 发明内容 0007 本发明解决的技术问题是提供一种峰值放大器的导通控制方法、 装置及多合体功 率放大器， 避免峰值放大器提前导通时增大峰值功耗。 0008 为解决上述技术问题， 本发明提供了一种峰值放大器的导通控制方法， 应用于多 合体 （Doherty） 功率放大器， 在 Doherty 功率放大器的峰值放大支路中设置射频开关电路， 并通过所述射频开关电 路对所述峰值放大支路中的峰值放大器的导通和关断进行控制。 0009 进一步地， 所述通过所述射频开关电路。
13、对所述峰值放大支路中的峰值放大器的导 通和关断进行控制， 具体包括 ： 当所述峰值放大支路的输入信号小于所述射频开关电路的导通电平时， 所述射频开关 电路关闭， 所述峰值放大器关断 ； 当所述峰值放大支路的输入信号增大至所述射频开关电路的导通电平时， 所述射频开 关电路导通， 所述峰值放大器导通。 0010 进一步地， 所述方法还包括 ： 通过改变所述射频开关电路的控制电压的大小， 调节所述射频开关电路的导通电平。 0011 进一步地， 所述峰值放大支路由多级峰值放大器组成时， 所述射频开关电路是设 置在末级峰值放大器之前。 0012 进一步地， 所述射频开关电路中包括 ： PIN 管射频开关。
14、、 或者单片微波集成电路 （MMIC） 射频开关。 0013 本发明还提供了一种峰值放大器的导通控制装置， 所述装置包括 Doherty 功率放 大器的峰值放大支路中的射频开关电路， 所述射频开关电路用于， 对所述峰值放大支路中的峰值放大器的导通和关断进行控 制。 0014 进一步地， 所述射频开关电路用于， 按照以下方式对所述峰值放大支路中的峰值 放大器的导通和关断进行控制 ： 当所述峰值放大支路的输入信号小于所述射频开关电路的导通电平时， 所述射频开关 电路关闭， 所述峰值放大器关断 ； 当所述峰值放大支路的输入信号增大至所述射频开关电路的导通电平时， 所述射频开 关电路导通， 所述峰值放。
15、大器导通。 0015 进一步地， 所述射频开关电路连接有控制电压端， 所述射频开关电路的导通电平 通过所述控制电压端的控制电压的大小进行调节。 0016 进一步地， 所述峰值放大支路由多级峰值放大器组成时， 所述射频开关电路是设 说 明 书 CN 102185571 A CN 102185575 A3/5 页 5 置在末级峰值放大器之前。 0017 此外， 本发明还提供了一种多合体功率放大器， 包括如上所述的峰值放大器的导 通控制装置。 0018 相较于现有技术， 本发明至少具有以下优点 ： A. 效率高。本发明避免了 Doherty 功放中峰值支路提前导通的缺点， 降低了峰值功放 的功耗， 。
16、提高了整个功放的批量效率， 使用本发明后， 可将一般峰值功放的功耗占功放总功 耗的 10%-20% 这一比例数值降低到 5%-10% ； B. 成本低。相比一些厂家使用复杂数字电路来改善峰值功放导通时间的方案， 本发明 大幅度降低了功放的产品成本和生产成本 ； C. 体积小。相比一些厂家使用复杂数字电路来改善峰值功放导通时间的方案， 本发明 占用体积要小很多。 附图说明 0019 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解， 构成本申请的一部分， 本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明， 并不构成对本发明的不当限定。在附图中 ： 图 1 为传统的 Doherty 功率放大器的示意框图 。
17、； 图 2 为本发明方案应用于二路 Doherty 架构的原理框图 ； 图 3 为本发明应用于多级多路 Doherty 架构的原理框图 ； 图 4 为本发明应用示例中应用于 UMTS 2.1GHz 频段 85W 功放的示意框图。 具体实施方式 0020 本发明的主要思想在于， 通过对 Doherty 功放的峰值放大支路的信号通断进行控 制， 以减小峰值放大的功耗， 从而提升整个功放的效率。 0021 基于上述思想， 本发明采用以下技术方案 ： 在 Doherty 功放的峰值放大支路中加 入射频开关电路， 当峰值放大支路的输入信号增大到合适的幅度时射频开关导通， 峰值放 大器才导通， 避免了峰值。
18、放大器的提前导通， 从而减小了峰值功放的功耗， 提升了整个功放 的效率。 0022 为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚明白， 下文中将结合附图对本发明 的实施例进行详细说明。 需要说明的是， 在不冲突的情况下， 本申请中的实施例及实施例中 的特征可以相互任意组合。 0023 图 2 示出了应用本发明技术方案应用于二路 Doherty 架构的框图。图中 Pin 为输 入信号端口 ； Dr1Drn 为推动级放大器 ； C 为载波放大器、 P 为峰值放大器、 S 为射频开关电 路、 Vc 为射频开关控制电压 （改变 Vc 的大小可以调节射频开关的导通电平） 、 D 为功率分配 电路、 Com。
19、biner 为功率合成电路、 Pout 为信号输出端口。如图 2 中所示， 射频开关电路 S 是 位于各峰值放大支路的末级峰值放大器 （P11Pn1） 之前。 0024 结合图 2， 本发明的射频开关电路对峰值放大器的控制过程描述如下 ： 当峰值放大支路的输入信号较小 （低于射频开关的导通电平时） 的时候， 整个峰值放大 支路处于关断状态， 而此时整个载波放大支路是工作在最大效率匹配的 AB 类状态。 0025 当峰值放大支路的输入信号增大到一定程度时， 载波放大支路开始逐渐由放大区 说 明 书 CN 102185571 A CN 102185575 A4/5 页 6 向饱和区过渡， 峰值放大。
20、支路由截止区向放大区过渡， 起初峰值功放并不导通， 也就并无功 率消耗。 而当输入峰值支路的信号达到射频开关的导通电平时， 射频开关导通， 峰值功放随 之完全导通。这样就避免了峰值功放的提前导通， 减小了功耗， 提高了功放的效率。 0026 此外， 通过改变 Vc 的大小可以调节射频开关的导通电平， 从而满足不同制式信号 及不同峰值功放器件的要求。 0027 最后， 随着输入信号的不断增大， 最终整个载波放大支路和峰值放大支路都工作 于饱和状态。 0028 本发明技术方案应用于多路多级 Doherty 功放架构的示意图如图 3 所示。图中 Pin 为输入信号端口 ； Dr 为推动级放大器 ； 。
21、D 为功率分配 ； C11C1n 至 Cn1Cnn 构成多级 Doherty 功放的第一条至第 n 载波放大支路 ； P11P1n 至 Pn1Pnn 构成多级 Doherty 功 放的第一条至第 n 条峰值放大支路 ； S1Sn 为第一条至第 n 条峰值放大支路的射频开关电 路、 Vc1Vcn为相应射频开关的控制电压 （改变Vc1Vcn的大小可以调节相应射频开关的 导通电平） ； C 为功率合成电路。其性能改善的原理与二路 Doherty 功放架构类似。 0029 此外， 本发明实施例中还提供了一种实现由射频开关控制峰值放大器通断的方法 及Doherty的设计方法。 例如某UMTS功放主要技术。
22、要求如下 ： 频率范围2110MHz-2170MHz， 输出功率 85W， 输入信号 PAR7dB， 增益 50dB， 效率 42%， 线性指标 （包括 ACPR、 SEM、 Out of Band Spurious 等） 满足标准协议要求。 0030 本实施例中， 应用本发明方案完成整个 Doherty 功放的设计过程主要包括以下步 骤 ： 步骤 1， 确定功放架构形式。由于本功放输出功率 85W， 效率要求 42% 以上， 综合考虑功 放技术指标要求及现有器件状况决定整个功放采用 2 路 Doherty 架构形式 （如图 2 所示架 构） 。 0031 步骤 2， 当峰值放大器由多级组成时。
23、， 需首先选定末级载波放大 （C1） 和末级峰值 放大 （P1） 功放管型号。依据输出功率和输入信号 PAR 要求， 选定 NXP 公司的 LDMOS 功放管 BLF7G20LS-200 作为末级的载波和峰值放大管。 0032 步骤 3， 选定推动级器件。本实施例中， 选定 Freescale 公司的 MD7IC2250 作为推 动IC器件。 该IC内部可由2条放大电路组成， 每条放大电路由2级构成。 并选定SXA-389Z 作为第一级推动放大器件。 0033 步骤4， 完成峰值放大支路的射频开关电路。 该电路的实现包括PIN二极管射频开 关、 单片微波集成电路 （MMIC） 射频开关等多种形。
24、式， 开关电路必需根据需要能够快速导通。 0034 步骤 5， 完成温度补偿、 环行器、 耦合器等其余电路设计， 最终整个功放的原理图、 PCB 设计。 0035 步骤 6， 完成整个功放的调试及测试。 0036 应用本发明方案所设计完成的UMTS 2.1GHz频段85W功放， 不仅实现简单， 设计及 调试方便、 灵活， 成本低廉， 技术指标优， 并且可生产性好。 0037 以上所述， 仅为本发明较佳的具体实现方式举例， 本发明方案可广泛的应用于各 种 Doherty 功率放大器的设计中。 0038 以上仅为本发明的优选实施案例而已， 并不用于限制本发明， 本发明还可有其他 多种实施例， 在不。
25、背离本发明精神及其实质的情况下， 熟悉本领域的技术人员可根据本发 说 明 书 CN 102185571 A CN 102185575 A5/5 页 7 明做出各种相应的改变和变形， 但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求 的保护范围。 0039 显然， 本领域的技术人员应该明白， 上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用 的计算装置来实现， 它们可以集中在单个的计算装置上， 或者分布在多个计算装置所组成 的网络上， 可选地， 它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现， 从而， 可以将它们存储 在存储装置中由计算装置来执行， 并且在某些情况下， 可以以不同于此处的顺序执行所示 出或描述的步骤， 或者将它们分别制作成各个集成电路模块， 或者将它们中的多个模块或 步骤制作成单个集成电路模块来实现。 这样， 本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。 说 明 书 CN 102185571 A CN 102185575 A1/2 页 8 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 102185571 A CN 102185575 A2/2 页 9 图 4 说 明 书 附 图 CN 102185571 A 。