CN103248328B - 一种功率放大器和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种功率放大器和使用方法，其中功率放大器，包括：功率放大电路，还包括：控制环路；所述控制环路包含至少三个输入端，分别连接数模转换器的功率控制输出端、预设参考电压以及表示功率的电压信号；所述控制环路的输出端连接所述功率放大电路的预推动放大管栅极和推动级放大管栅极；所述控制环路比较所述数模转换器的功率控制输出端的电压、所述预设参考电压以及所述表示功率的电压信号对应的电压，然后与数模转换器的功率控制输出端的电压进行积分后在控制环路的输出端输出电压，所述控制环路的输出端输出电压用于控制所述功率放大电路的预推动放大管栅极和推动级放大管栅极的偏置电压。成本低廉并且功率控制的动态范围较大。

Description

一种功率放大器和使用方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种功率放大器和使用方法。

背景技术

目前数字移动无线通信（Digital mobile radio，DMR）车载台，其功率控制动态范围一般为10～16Db，例如：最大发射功率可达45W，最小发射功率可达5W，功率控制的动态范围可达10dB。还有如下类别的DMR车载台，最大输出功率为40W，最小输出功率为1W，动态范围为16dB。

目前的Hytera（好易通）数字车载台，在发射功率小于最小发射功率时，功率上升时间会迅速加长，超出1.5ms的规定值。另外，在低温时，发射功率也会迅速下降。为了解决上述问题，可以通过增大功率控制的动态范围来解决，目前功率控制的动态范围的方案一般有如下两种：

一、通过定向耦合器来取样前向发射功率，利用对数放大器将前向功率转换为与其成线性关系的电压来控制功率放大器（Power amplifier，PA）推动级的栅极电压，从而控制PA的输出功率。该方案中一般采用例如AD8315（一种射频检波和控制集成电路）的对数放大器，其主要优势在于有很宽的动态范围（可达50dB，实际使用的功率控制动态范围为2050dB），输出功率与输入功率控制电压成线性关系，内部集成积分器，可以灵活的控制环路的动态范围。

该方案可以灵活的控制功率控制环路的动态范围和时序，但是AD8315价格较高，电路复杂，高低温需要较多温度补偿电路，软件设置比较复杂；因此该方案实现成本高。

二、通过定向耦合器来取样前向发射功率，利用检波管检测的电压与数模转换器（Digital to Analog Converter，DAC）输出的功率控制电压做作加减法运算来控制PA推动级的栅极电压，从而控制PA的输出功率。

该方案软硬件成本很低，但是功率控制的动态范围较低。

基于以上说明，提供成本低廉易于推广，并且功率控制的动态范围和精确度较好的功率放大器成为业界较为迫切的需求。

发明内容

本发明实施例提供了一种改善功率控制动态范围的方法，用于提供一种成本低廉易于推广，并且功率控制的动态范围和精确度较好的功率放大器。

一种功率放大器，包括：功率放大电路，还包括：控制环路；

所述控制环路包含至少三个输入端，分别连接数模转换器的功率控制输出端、预设参考电压以及表示功率的电压信号；

所述控制环路的输出端连接所述功率放大电路的预推动放大管栅极和推动级放大管栅极；所述控制环路比较所述数模转换器的功率控制输出端的电压、所述预设参考电压以及所述表示功率的电压信号对应的电压，然后与数模转换器的功率控制输出端的电压进行积分后在控制环路的输出端输出电压，所述控制环路的输出端输出电压用于控制所述功率放大电路的预推动放大管栅极和推动级放大管栅极的偏置电压。

一种功率放大器的使用方法，包括：

获取预定的功率放大器输出功率，依据功率放大器的输出功率与数模转换器的功率控制输出端的输出电压的对应关系得到将要使用的数模转换器的功率控制输出端的输出电压；所述功率放大器的输出功率与数模转换器的功率控制输出端的输出电压的对应关系通过对本发明实施例提供的任意一项所述的功率放大器进行拟合仿真得到；

控制所述数模转换器使所述数模转换器的功率控制输出端的输出电压等于所述将要使用的数模转换器的功率控制输出端的输出电压，并输入到控制环路的对应输入端。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：以上方案使用控制环路来提高率控制的动态范围和精确度，控制环路执行比较以及积分运算，实现该功能可以采用较为便宜的硬件实现，因此以上方案提供一种成本低廉易于推广，并且功率控制的动态范围和精确度较好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的功率放大器结构示意图；

图2为本发明实施例的另一功率放大器结构示意图；

图3为本发明实施例的又一功率放大器结构示意图；

图4为本发明实施例的方法流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种功率放大器，如图1所示，功率放大电路，其中功率放大电路包含有预推动放大管101、推动级放大管102，以及天线104，图1所示箭头方向为功率放大电路的电流方向，还包括：控制环路；

上述控制环路包含至少三个输入端，分别连接数模转换器的功率控制输出端APC、预设参考电压9V_TX（9V_TX，仅为一个预设电压符号，并不代表其电压为9V）以及表示功率的电压信号；

上述表示功率的电压信号可以是任意的电压，其获得途径本发明实施例对此不予限定。后续实施例将给出其中一个具体的举例。

上述控制环路的输出端连接上述功率放大电路的预推动放大管101栅极和推动级放大管102栅极；上述控制环路比较上述数模转换器的功率控制输出端APC的电压、上述预设参考电压9V_TX以及上述表示功率的电压信号对应的电压，然后与数模转换器的功率控制输出端APC的电压进行积分后在控制环路的输出端输出电压，上述控制环路的输出端输出电压用于控制上述功率放大电路的预推动放大管101栅极和推动级放大管102栅极的偏置电压。

本发明实施例提供了一种功率放大器，如图2所示，本实施例给出了表示功率的电压信号的一个具体获得方式的举例，包括：功率放大电路，其中功率放大电路包含有预推动放大管101、推动级放大管102、定向耦合器103以及天线104，图2所示箭头方向为功率放大电路的电流方向，还包括：控制环路；

上述控制环路包含至少三个输入端，分别连接数模转换器的功率控制输出端APC、预设参考电压9V_TX（9V_TX，仅为一个预设电压符号，并不代表其电压为9V）以及上述功率放大电路的定向耦合器103，上述定向耦合器103向上述控制环路的输入端输入定向耦合器103耦合得到的前向功率；

上述控制环路的输出端连接上述功率放大电路的预推动放大管101栅极和推动级放大管102栅极；上述控制环路比较上述数模转换器的功率控制输出端APC的电压、上述预设参考电压9V_TX以及上述前向功率对应的电压，然后与数模转换器的功率控制输出端APC的电压进行积分后在控制环路的输出端输出电压，上述控制环路的输出端输出电压用于控制上述功率放大电路的预推动放大管101栅极和推动级放大管102栅极的偏置电压。

以上方案使用控制环路来提高率控制的动态范围和精确度，控制环路执行比较以及积分运算，实现该功能可以采用较为便宜的硬件实现，因此以上方案提供一种成本低廉易于推广，并且功率控制的动态范围和精确度较好的功率放大器。

更具体地，本发明实施例给出了上述控制环路实现上述比较以及积分运算的电路图，需要说明的是，实现以上功能的电路图可能有很多种，以下举例不应理解为对本发明实施例的唯一限定。上述控制环路包括：三个运算放大器：第一运算放大器U1、第二运算放大器U2以及第三运算放大器U3；以及检波管D1；

U1的正向输入端连接数模转换器的功率控制输出端APC，反向输入端连接预设参考电压9V_TX，U1的输出端连接U2的反向输入端；

U2的正向输入端连接D1的输出端，D1的输入端连接上述功率放大电路的定向耦合器103；上述定向耦合器103向上述D1输入定向耦合器103耦合得到的前向功率；U2的输出端连接U3的反向输入端；

U3的正向输入端连接上述数模转换器的功率控制输出端APC，U3的输出端连接上述功率放大电路的预推动放大管101栅极和推动级放大管102栅极，上述U3的输出端的输出电压用于控制上述功率放大电路的预推动放大管101栅极和推动级放大管102栅极的偏置电压。

功率放大器的输出功率可以表示为P_out=A+B×V_VGG，其中A表示输入信号的大小，B×V_VGG表示预推动以及推动级的放大管的功率增益。通过上面的原理图（图3）可以得出：V_VGG=G₁×V_APC-G₂×VP+C,其中G₁、G₂、C在控制电路参数确定的情况下为常数，VP为检波管D1的输出电压.那么P_out=BG₁×V_APC-BG₂×VP+BC+A，所以VP越大，P_out就减小，控制环路就越起作用。本发明实施例提供的方案就可以实现在低功率情况下增强环路的控制作用，高功率下则减弱VP对P_out影响。

可选地，上述检波管D1为肖特基检波管。

基于以上结构，控制环路的运行具体如下：APC为DAC功率控制输出端的输出电压，9V_TX为预设参考电压，两者经过运算放大器U1得到输出的电压再与前向检波电压（天线端口前有定向耦合器103，通过定向耦合器103耦合出前向功率，通过肖特基检波管D1检波，得到与功率对应的前向检波电压）经过运算放大器U2作加减法运算，U2输出的电压再与APC经过积分放大器U3，积分放大器U3输出电压控制预推动放大管101和推动级放大管102的栅极偏置电压，进而控制上述功率放大器的输出功率。功率放大器的输出功率与DAC电压的关系可以通过对实际测试数据进行多项式拟合仿真得到。

基于以上方案，发明人进行实际测试，以下为测试结果：

在MD780U2（U2为工作频段450-520MHz）使用了该电路，常温下1W功率上升时间测试结果如表1所示：

表1

本发明实施例低温-45℃功率测试数据如表2所示：

表2

低温-45℃功率上升时间和发射瞬时邻道功率（Adjacent channel powertransmtted，ACTP）测试数据，如表3所示：

表3

常温下功率上升时间及ACTP，如表4所示：

表4

高温60℃下功率上升时间及ACTP，如表5所示：

表5

本发明实施例还提供了一种功率放大器的使用方法，如图4所示，可以一并参阅图1、图2和图3，包括：

301：获取预定的功率放大器输出功率；

上述预定的功率放大器输出功率即是需要的输出功率，也就是目标输出功率。

302：依据功率放大器的输出功率与数模转换器的功率控制输出端APC的输出电压的对应关系得到将要使用的数模转换器的功率控制输出端APC的输出电压；上述功率放大器的输出功率与数模转换器的功率控制输出端APC的输出电压的对应关系通过对本发明实施例提供的任意一项的功率放大器进行拟合仿真得到；

303：控制上述数模转换器使上述数模转换器的功率控制输出端APC的输出电压等于上述将要使用的数模转换器的功率控制输出端APC的输出电压，并输入到控制环路的对应输入端。

以上方案使用控制环路来提高率控制的动态范围和精确度，控制环路执行比较以及积分运算，实现该功能可以采用较为便宜的硬件实现，因此以上方案提供一种成本低廉易于推广，并且功率控制的动态范围和精确度较好的功率放大器。采用以上使用方法，可以方便的实现功率控制。

另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各方法实施例中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，相应的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种功率放大器，包括：功率放大电路，其特征在于，还包括：控制环路；

所述控制环路包含至少三个输入端，分别连接数模转换器的功率控制输出端、预设参考电压以及表示功率的电压信号；

所述控制环路的输出端连接所述功率放大电路的预推动放大管栅极和推动级放大管栅极；所述控制环路比较所述数模转换器的功率控制输出端的电压与所述预设参考电压，得到第一比较结果，再将所述第一比较结果与前向检波电压比较，得到第二比较结果，然后将所述第二比较结果与数模转换器的功率控制输出端的电压进行积分后在控制环路的输出端输出电压，所述控制环路的输出端输出电压用于控制所述功率放大电路的预推动放大管栅极和推动级放大管栅极的偏置电压；所述表示功率的电压信号对应的电压为：前向功率对应的前向检波电压。

2.根据权利要求1所述功率放大器，其特征在于，连接表示功率的电压信号包括：

连接所述功率放大电路的定向耦合器，所述定向耦合器向所述控制环路的输入端输入定向耦合器耦合得到的前向功率对应的电压信号。

3.根据权利要求2所述功率放大器，其特征在于，所述控制环路包括：三个运算放大器：第一运算放大器U1、第二运算放大器U2以及第三运算放大器U3；以及检波管D1；

U1的正向输入端连接数模转换器的功率控制输出端，反向输入端连接预设参考电压，U1的输出端连接U2的反向输入端；

U2的正向输入端连接D1的输出端，D1的输入端连接所述功率放大电路的定向耦合器；所述定向耦合器向所述D1输入定向耦合器耦合得到的前向功率；U2的输出端连接U3的反向输入端；

U3的正向输入端连接所述数模转换器的功率控制输出端，U3的输出端连接所述功率放大电路的预推动放大管栅极和推动级放大管栅极，所述U3的输出端的输出电压用于控制所述功率放大电路的预推动放大管栅极和推动级放大管栅极的偏置电压。

4.根据权利要求3所述功率放大器，其特征在于，所述检波管D1为肖特基检波管。

5.一种功率放大器的使用方法，其特征在于，包括：

获取预定的功率放大器输出功率，依据功率放大器的输出功率与数模转换器的功率控制输出端的输出电压的对应关系得到将要使用的数模转换器的功率控制输出端的输出电压；所述功率放大器的输出功率与数模转换器的功率控制输出端的输出电压的对应关系通过对权利要求1至4任意一项所述的功率放大器进行拟合仿真得到；

控制所述数模转换器使所述数模转换器的功率控制输出端的输出电压等于所述将要使用的数模转换器的功率控制输出端的输出电压，并输入到控制环路的对应输入端。