專利名稱：具有功率水平控制的線性功率高效射頻(rf)驅動器系統和方法
技術領域：
本發明總體涉及射頻(RF)高功率輸出放大器或衰減器，更具體 涉及施加到RF發射器中的驅動級的控制功率。
背景技術：
射頻發射器系統中的功率控制在本領域內眾所周知，并通常根據 發射器到無線或移動電話網絡中的接收器的距離遠近，用來控制發射 器輸出功率。功率輸出可利用無線信號強度指示(RSSI)測量來控制， 或相反，從而接收的無線電不過載，并且降低發射通信設備中的功率 消耗。控制RF放大器的驅動功率在使便攜設備中的電流消耗量最小化 的方面經常是必需的。美國專利No.6,681，101和美國專利No.6，684,064， 在此引入作為參考，描述了控制RF驅動功率的方法。'064專利描述 了 RF功率放大器的動態偏置，其中RF發射器的工作偏置響應于功率 控制信號來動態地調節。<101專利描述了一種具有放大的高效功率控 制配置的RF發射器，其中該發射器包括級切換、偏置調節以及消耗供 應調制，以提供精細的和粗略的功率控制以及功率包絡波動。雖然這 些系統用于使RF放大器級中的功率降低，但其不用于節約電流消耗或 對電流的失真進行折衷。這些現有技術系統沒有使用多級方法，其中 在保持整體的線性度和高效率的同時，電流通過在低電流驅動級以及 高電流放大級中的控制輸出功率更有效地使用。當這些類型的發射器 功率控制器和便攜設備一起使用時，它們不能起到降低電流消耗的作 用，這是因為它們的設計只是為了改變RF放大器的功率輸出的目的。 這些現有技術系統被固定在用于滿足特殊設計要求的一個電流水平 上，例如在不管所需要的輸出功率時的功率的線性度。因此，這些設 計可以高度低效和浪費的，導致高電流消耗和比必要的電池壽命較短 的電池壽命。這在其中電池壽命是至關重要的便攜式RF設備中非常成 問題。因此，存在如下需求，即提供一種用于控制RF放大器中的RF功 率輸出的系統和方法，其在保持RF功率放大器的線性度的同時仍然具 有電流消耗高效率。


圖1是說明根據本發明的具有功率水平控制的線性功率高效RF 驅動器系統的框圖。圖2是說明根據本發明具有功率水平控制的線性功率高效RF驅動器系統的流程圖。
具體實施方式
現在參考圖1，框圖說明具有功率水平控制的線性功率高效的RF 驅動器系統100，其工作以控制輸出功率和在也需要降低功率時減小電 流損耗。將基帶信號和本地振蕩器信號均供應給混頻器101。將來自混 頻器101的合成RF輸出信號供應給預驅動放大器105。預驅動放大器 105工作以使合成RF輸出信號的振幅增加到某一預定水平。該預驅動 放大器105是高阻抗低電流設計。將預驅動放大器105的輸出供應給 輸出驅動器107，該輸出驅動器107再次提供增益來將從預驅動放大器 105供應給其的RF信號增加到所期望的水平。該輸出驅動器通常具有 高阻抗輸入，該高阻抗輸入可近似為1000歐姆或以上并將放大器RF 輸出信號提供給例如50歐姆天線等等的低阻抗輸出負載。本發明還包 括偏置控制器109，其運作以控制供應給輸出驅動器107的偏置。通過 控制輸出驅動器的偏置，能夠控制輸出驅動器的動態范圍量或轉換能 力，以至于產生線性輸出功率的所期望量。偏置控制器109通過匹配 預驅動信號增益控制以便輸出驅動器的轉換能力和/或線性度"跟蹤" 預驅動放大器105的信號增益來操作，以便由按在預驅動放大器105
處的輸入信號水平決定輸出驅動器107所利用的電流。雖然偏置控制器109降低供應給輸出驅動器107的電流，但由預 驅動放大器105和偏置控制器109使用的工作電流量保持恒定。為了 提供增加的效率和較低的電流消耗，這些器件所使用的電流量也可利 用自動增益控制器(AGC) 111來控制。AGC 111通過按比例決定預驅 動放大器105和偏置控制器109的使用量來操作，以至于輸出驅動器 107僅供應有需要保持預定線性度和增益需求的電流量。只要滿足這些 最低要求，就沒有浪費電流并實現最大效率。當基于通過預驅動器在 輸出驅動器偏流的輸入值下出現在該輸出驅動器偏流的輸入值的信號 水平自動調節輸出驅動器偏流時，預驅動放大器105因此以大大降低 的電流提供所需要的信號增益控制。本發明的主要的優點是使用輸出驅動器107與預驅動放大器105 的組合。由于輸出驅動器107的輸入是相對高的阻抗，所以預驅動放 大器105不必驅動一般來說呈現出低阻抗的高電流負載。因此，預驅 動放大器105需要更加小的電流消耗，以將RF電壓提供給輸出驅動器 107的輸入。因此，預驅動放大器105的增益變化不需要如在輸出驅動 器107中的不同的電流。此外，可使預驅動放大器105制成更加小， 具有需要更加少的電流消耗以驅動高阻抗負載的較小的電容負載。圖2是一種用于有效地控制線性射頻(RF)驅動器200中功率的 方法的流程圖。優選的辦法包括提供從混頻器到預驅動放大器201的 RF信號。預驅動放大器放大并控制信號水平，并且將放大器RF信號 供應給相當高的阻抗輸出，其中輸出驅動器的轉換能力利用偏置控制 器205來調節。為了提供最大的電流效率，供應給輸出驅動器的電流 被調節成最小電流消耗，該最小電流消耗將保持輸出驅動器207的線 性度。因此，本發明提供一種用于具有功率水平控制的線性功率高效RF
驅動器系統的系統和方法。本發明使用信號增益控制預驅動放大器 105，其驅動具有相當高的阻抗輸入的輸出驅動器107。預驅動放大器105的輸出信號和偏置控制器109的輸出電流由AGC控制線來調諧， 以至于在供應給輸出驅動器107的信號處于降低的水平時，輸出驅動 器僅僅利用最小的電流量。這使由偏置控制器109供應給輸出驅動器 107的偏流被匹配到由預驅動放大器105使用的增益控制量以保持給定 的輸出信號水平的電流消耗最佳效率。因此，本發明的系統和方法基 于驅動器輸入擺動，同時使用電流和功率放大器降低，來以最小的電 流降低信號失真誤差。雖然已經說明和描述了本發明的優選實施例，但顯然本發明不局 限于此。在不背離如所附加權利要求定義的本發明精神和范圍的情況 下，本領域的那些技術人員可想到大量的修改、改變、變型、替換以 及等價物。如在此使用的，術語"由…組成"，"包括"或其任何其 他變化，旨在覆蓋非排他性的內含物，以至于包括一列元素的過程、 方法、條款或裝置不僅僅包括那些元素，而且可包括沒有清楚地列出 的或對這樣的過程、方法、條款或者裝置來說固有的其他元素。
權利要求
1.一種線性功率高效射頻(RF)驅動器系統，其包括至少一個預驅動放大器，用于放大RF信號；輸出驅動器，具有相當高的阻抗輸入，用于放大來自所述預驅動放大器的信號；偏置控制器，用于控制所述輸出驅動器的RF功率輸出；以及其中在保持所述輸出驅動器的線性度的同時，所述預驅動放大器與所述偏置控制器的電流消耗被控制到最小水平。
2. 如權利要求1所述的線性功率高效RF驅動器系統，其中，所述至少一個預驅動放大器具有相當低的負載電容。
3. 如權利要求1所述的線性功率高效RF驅動器系統，其中，將 由所述預驅動放大器使用的偏流基本上調節到匹配所述偏置控制器的 偏流。
4. 如權利要求1所述的線性功率高效RF驅動器系統，其中，將 由所述預驅動放大器使用的偏流調節到與所述偏置控制器的偏流成比 例。
5. 如權利要求1所述的線性功率高效RF驅動器系統，其中，所 述輸出驅動器將RF輸出提供給相當低的阻抗。
6. —種用于有效調節功率放大器的功率輸出的射頻(RF)驅動器 系統，包括混頻器，用于提供RF信號；預驅動放大器，用于放大RF信號；輸出驅動器，用于放大所述預驅動放大器的輸出；偏置控制器，用于通過調節輸出驅動器偏流來控制所述輸出驅動 器的輸出功率；以及其中將由所述預驅動放大器的偏流調節用于保持所述輸出驅動器 的線性度的最小水平。
7. 如權利要求6所述的RF驅動器系統，其中，所述輸出驅動器的輸入處于相當高的阻抗，用于降低由所述預驅動放大器使用的電流。
8. 如權利要求6所述的RF驅動器系統，其中，由所述偏置控制 器所使用的偏流根據所述預驅動放大器的偏流的調節來調節，用來保 持電流消耗高效率。
9. 如權利要求6所述的RF驅動器系統，其中，所述預驅動放大 器具有相當低的負載電容，以使電流消耗最小化。
10. 如權利要求6所述的RF驅動器系統，其中，所述輸出驅動器 驅動相當低的阻抗。
全文摘要
線性功率高效射頻(RF)驅動器系統(100)包括預驅動放大器(105)，用于放大RF信號；輸出驅動器(107)，具有相當高的阻抗輸入，用于放大來自預驅動放大器(105)的信號。偏置控制器(109)用來控制輸出驅動器(107)的RF功率輸出，其中在保持輸出驅動器(107)線性度的同時，預驅動放大器(105)和偏置控制器(109)的電流消耗被控制到最小的水平。本發明的系統和方法工作以提供便攜產品中的最小電流消耗，其基于驅動器輸入擺動同時使用電流和功率放大器降低，從而降低信號失真。
文檔編號H03G3/20GK101213741SQ200680023546
公開日2008年7月2日 申請日期2006年6月2日 優先權日2005年6月28日
發明者勞爾·薩爾維 申請人:摩托羅拉公司