CN1234647A - 双频带放大器 - Google Patents

Abstract

用于双频带装置的一种放大器包含有被连接在一个输入端和输出端之间的多个放大级。放大级中包括一个有一个第一放大器的第一放大级、一个有一个第二放大器的第二放大级、和一个有一个第三放大器的第三放大级。在所述的第一放大级中的一个第一旁路为第一频带中的信号提供一个旁路。在第三放大级中提供一个第二旁路,该第二旁路为第二频带中的信号提供一个信号通路,为该第三放大器提供旁路。

Description

双频带放大器

本发明涉及一种用于双频带装置的放大器。

已知有多种装置包含有用于和其他兼容装置进行通讯的射频(RF)发射器或收发机。这种装置的例子包括射频电话(可以是无绳电话或分区式电话)、双路无线电台、调制解调器、新式电话、个人数字助手(PDA)等。那些以两种方式工作的装置叫作双模式装置。双模式装置传送信号时是按照两种不同的格式，如数字时间划分多次进出(TDMA)格式和模拟信号格式。其他装置工作在两种频带，并被称为双频带。例如，数字TDMA装置工作在900MHz和1800MHz。

众所周知，对双模式装置要分别提供放大器。在这种电路中，使用开关选择一个放大器用于一种方式，再选择另一个独立的放大器用于另一种方式。虽然这种安排能保证在每种方式中提供最佳性能，但它要求两个独立放大器使费用昂贵。另外，用于为某个特定方式选择放大器的开关会使系统增加谐波噪音。

也知道有一种双模式装置包含有单独一个具有可用开关控制的级间匹配网络的可用于适应两种工作方式的多级放大器。但是当用于双频带装置时这些系统的效率很低。

因此，为了用于双频带装置，需要一种更有效的、经过改进的放大器系统。

图1是以方块示意图形式说明一种包含有一个多频带放大器的射频电话的电路简图。

图2是说明该多频带放大器的一个简图。

图3是以方块示意图形式更加详细地说明按照图2的该多频带放大器外加一个缓冲级的电路简图。

图4-6是更详细地说明该多频带放大器和该处理器的一部分外加一个输出滤波器和功率控制的电路简图。

图1以方块示意图形式说明一种射频电话52。该射频电话的射频收发机被连接在话筒54和天线106之间，包含有一个双频带放大器104。具体实现图1示意图中的各功能块的实际电路可以被排列在一个或几个电路板上并被装入一只通常的射频电话机壳如分区电话机壳中。射频电话52的收发机中的发射器可以通过设法使放大器在两个频带中工作而只要求有一个放大器。这样就有可能使在各种不同的频带中被调制的信号得到有效的放大，同时可以降低电路尺寸和价格。

参看图1，话筒54将送给它的语音信号转换成电的信息信号，并在线56和58上对其产生一个输出指示。

当一个频率调制信息信号将由射频电话52产生时，送到线56上的信息信号被利用。当被调制以产生一个复合调制信息信号的一个离散的编码信号将由射频电话52产生时，送到线58上的信息信号被利用。一个使用该种双频带放大器的通讯装置可以产生这些信号格式中的一种或两种。

在线56上产生的信息信号被送到电压控制振荡器(VCO)60。在该处该信息信号和一个某一频率的振荡信号相合并。电压控制振荡器60在线62上向调制器64产生一个频率调制信息信号。当射频电话52要发射一个频率调制信息信号时，调制器64不改变在线62上送给它的频率调制信息信号，而只是将该频率调制信息信号传递到线66上。振荡器60和调制器64可以一起组成一个混合调制设备，由方块68表示。

在线58上产生的信息信号被送到一个语音编码器72，在语音编码器72该模拟信息信号被数字化并按照一个编码方案如GSM或DCS所规定的编码方案进行编码。一个离散的编码信号被产生并在线76上输出而送到调制器64。调制器64对在线76上送给它的离散编码信号进行调制，在线66上产生一个具有预定频率的复合调制信息信号。

虽然上面说明了一种装置，这种装置既能产生一种使用语音编码器72的信号格式，又能产生一种穿过振荡器60的信号格式，而那些技术熟练人员将认识到，双频带装置可以和只支持一种信号格式的装置一起使用。换句话说，该装置可以使用其他各信号格式进行通讯。

被送到线66的该调制信息信号，不论是按照频率调制技术抑或是按复合调制技术调制的，被送到混频器或调制器80。混频器80将线66上送来的信号和合成器90产生并在线92上送至混频器80的偏移(offset)的传输频率载波相混合。混频器80将线66上送来的调制信息信号和线92上送来的载波相混合。混频器80在线96上产生一个在由合成器90和振荡器60的振荡频率确定的载频的载波上的调制信息信号。这样，载波信号决定了经天线106发射的信号的频带。

线96连到缓冲器100，该缓冲器100成为该射频电话工作所在各频带中的信号的一个通带。缓冲器100在放大器104的输入端103处产生一个包含有调制信息信号的滤波信号。放大器104是一个功率放大器，它能在控制输入端109处输入的功率控制信号的控制下将送给它的调制信息信号放大到足以经天线106进行发射的功率水平。其输出信号被监测，以便在导线125上给出一个反馈信号。该放大信号在发射前，如所表示的，可以由滤波器101进行滤波。滤波器101可以例如构成一个双工器的一部分，被在线设置于放大器104和天线106之间。

增益由功率控制器86根据总线127上来自处理器108的控制信号进行控制。处理器108产生功率控制信号，以控制放大器104以调节实体指定的电平输出信号。功率控制器86于是在导线125上从放大器104接收一个反馈信号，该反馈信号被功率控制电路用于使用受总线127上的功率强度信号控制的放大器104设置发射器的增益。

处理器108在线110、112、114和115上送出输出信号，以分别控制振荡器60、语音编码器72、调制器64和合成器90的工作，控制对话筒54产生的信息信号的调制。处理器108控制着以射频电话52为例的装置的频带。

处理器108控制着话筒54产生的信息信号是否被振荡器60调制而形成一个频率调制信息信号，还是另外地，被语音编码器72按离散编码方案进行编码并被调制器64调制而形成复合调制信息信号。

图1进一步说明用于将天线106探测到的信号送至扬声器121的射频电话52的接收电路。天线106探测到的该信号被送到滤波器117，而滤波器117则把希望频率的信号送到混频器118。混频器118在线119上从合成器90接收一个振荡信号，并产生一个混频信号。该混频信号被送到解调器120。解调器120将一个解调的电信息信号送到扬声器121。处理器108可以如所说明地在线122上将一个信号送到解调器120以控制其工作。扬声器121将送来的电信息信号转换成音响信号。

在射频电话52中如上所述的放大器104可以使用在任何双频带装置中。本发明特别对例如那些按照两种规程、例如全球移动通讯系统(GSM)规程和数字分区系统(DCS)规程操作的便携式射频电话有用。GSM装置工作在从880MHz到915MHz的频带中。DCS工作在从1710MHz到1785MHz的频带中。一种经济价廉的放大器每个频带使用两级，能有效工作。其中一级公用而另一级为对每个频带单独的。此放大器因此使用两个有级间匹配和每个频带的负偏压电平偏移的放大级，其中一级是在两个频带中公用。

特别的是，在输入端103处放大器104的输入信号的功率大小在0dBm到+10dBm，其中dBm为相对于1毫瓦的分贝数。放大器104控制输出端105处的功率大小在标准偏压情况下在-47dBm到+34dBm范围内。对于各级的标准偏压为从0V到2.5V，尽管对于每一级可以有不同偏压并且可以使用-10V的偏压。在标称输出时的增加功率的效率为50％。

放大器104包含有第一放大级200(图2)、第二放大级202和第三放大级204。第一或输入放大级200有两个可以用开关控制的通路。较低频带的信号通过旁路218到达第二放大级202，而较高频带中的信号在激励放大器206中被放大。激励放大器206在到第二放大级202中进一步放大之前提供放大。

第二放大级202放大两个频带中的信号。放大器206和放大级202中的放大器对于较高频带中的信号是最佳化的。

从第二放大级202输出的信号被输入到第三放大级204。第三放大级204包含有一个放大器210以放大较低频带中的信号。较高频带中的信号通过旁路250为放大器210提供旁路。旁路250和放大器210相隔离，如下文中所述。

增益控制信号在导线116a、116b、116c和116d(图3)上被送至放大器104。如下文中所述，在这些导线上增益控制信号，或者偏压控制信号，控制放大器104的增益和通过放大器104的信号通路。如下文中将要更详细地描述的，在导线125上从输出放大级204输出一个反馈信号。

虽然表示出了三个放大级，本发明可以用在一个有不同放大级数目的放大器中。为说明本发明使用了三个放大级。

现在参看图3，连接有一个缓冲器100，可以使信号在被放大之前得到缓冲。此缓冲器包含有匹配网络302和304，它们被用来使两个频带中的性能最佳化。晶体管306经过电感器310从电源308得到供电，它可以提供隔离作用。缓冲器100不一定是放大器104的一部分，但可用来将混频器80和放大器104隔离开。

第一放大级200包含有一个旁路218。旁路218包含有一个二极管开关320和一个匹配网络322。当选择第一频带时，二极管开关320被正向偏压。当选择第二频带时，二极管开关320被反向偏压。旁路218为较低频带中的信号提供信号通路。第一放大级200也包含有一个二极管开关330、匹配网络332、一个晶体管放大器336和一个匹配网络334。当选择第二频带时，二极管和晶体管变为“通”。当选择第一频带时，二极管和晶体管变为“断”(该二极管为反向偏压而晶体管加偏压“断”)。在此例中第一频带是比第二频带较低的频带。

为接收从匹配网络322和334输出的信号，连接有双工器324。双工器324能在通过第一放大级的信号通路之间提供隔离，以阻止通过放大器336发生反馈。晶体管放大器336对于该较高频带中的信号，如射频电话例中的DCS信号，是最佳化的。双工器324有两个输入端和一个输出端。有一个输入端允许较低频带通过但排斥较高频带。另一个输入端则能通过较高频带而排斥较低频带。

第二个、或中间放大级202可以例如是任何可以得到的商品集成电路放大器。此放大器最好对于较高频带是最佳化的，因为它对较高频带中的信号提供主要的放大作用。然而第二放大级的一个或多个放大器被调整得在较高和较低两个频带中都能工作。这样，一种商业上可以得到的DCS通讯用的放大器就可以用在一种GSM/DCS的双频带射频电话的范例中，虽然诸放大器的各输入和输出端是被调节得在两个频带中工作的。

第三个、或输出放大级204包含有一个被连接去接收来自第二放大级202的输出信号的双工器340。该双工器被连接到晶体管放大器342。放大器342经过一个检测元件344被连接到双工器346。双工器340也通过一个旁路250被连接到双工器346。旁路250包含有一个经二极管开关354连接到地的电容器352。增益控制检测元件356被连接到双工器346。双工器340和346将通过第三放大级204的各个通路隔离开。双工器340和346被设计成具有很高的隔离性能，使得来自放大器342的输出的信号的反馈被阻止进入其输入端。这对防止放大器342产生振荡很有必要的。对于实现这种双频带放大器这是非常重要的。

检测元件344和356每个都是分别电磁耦合到一个检测元件348和358。在放大器104的第三放大级中，信号电平被从检测元件344和356分别电磁耦合到检测元件348和358的信号进行检测。

放大器104中的各放大级被对一个特定频带进行最佳化。正如这里使用的，“最佳化”一词意指该放大器的最高效率和增益是对于一个特定频带中的信号而言的。

现在参考图4、5和6，放大器104将被较详细地进行说明。为简便起见，对图中表示的每个元件将不作详细说明。然而对零件的功能将予以说明。

缓冲器100(图4)被连接在混频器80和放大器200之间。该缓冲器给出增益和反向隔离。

放大器输入端103被连接去接收缓冲器100的输出。第一放大级200的旁路218包含有匹配网络322。匹配网络322传送较低频带中的信号，并给出阻抗变换使第二放大级202对于较低频带中的信号的性能最佳化。当较低频带中的信号处于输入端103处时，信号116c是“通”，结果二极管320为正偏压，而输入信号将通过二极管开关320、匹配网络322和双工器324的低频侧324a，被送到第二放大级202。当信号116c为在其“断”电平，表明存在较高频带信号时，二极管开关330为通，晶体管放大器336为偏压“断”，而高频侧324b排斥较低频带信号，提供高水平的隔离。

第一放大级200包含的匹配网络332用于在较高频带中传送信号。匹配网络332在较高频带中传送信号，并且提供阻抗变换，以从放大器336和第二放大级202对较高频带中的信号给出最佳性能。当较高频带中的信号处于输入端103处时，二极管开关330被信号116a加上正偏压(“通”)，而放大器336被116a加上偏压。较高频带中的信号将通过二极管开关330、匹配网络332、放大器336(受增益控制信号116a控制而放大)和双工器324的324b侧而到达第二放大级202。放大器336的增益被信号116a所控制。

当存在较低频带信号时，二极管开关320被信号116a的“断”断开偏压。该“断”信号也使放大器336偏压成“断”。滤波器324b相对于滤波器324a给予低频信号很高的阻抗。例如，滤波器324a可以是一个低通滤波器，而滤波器324b可以是一个高通滤波器。通过第一放大级的两个通路因而被隔离开，可以防止通过该未用的通路发生反馈和泄漏。这样能比不隔离时提供更加稳定和有效的放大器。

第二放大级202放大从第一放大级输出的信号。该放大器的增益由增益控制信号116b设置。第二放大级202可以使用可买到的商品双(dual)砷化镓场效应双晶体管(FET)来实现。这种晶体管被调定工作在高的和低的频带，但在较高频带有最佳的效率和输出功率。

第二放大级202在输出端410产生一个输出信号。输出端410被连接到终端510(图5)。终端510是第三放大级204的输入端。该第三放大级包含有通过二极管开关354a、354b和双工器滤波器346a被连接到地的双工器滤波器340a、电容器352a、352b，以传送该较高频带信号。滤波器340b和346b相对滤波器340a和346a对较高频带中的信号能给出高度的隔离，以防止通过在第三放大级中各另外的信号通道发生反馈。

第三放大级包含有双工器滤波器340b(图5)、放大器342(具有受116c上的控制信号控制的增益)和双工器滤波器346b，以传送较低频率的信号。虽然表示出了双极晶体管，但有一点将被认识到，即这些晶体管放大器可以使用MOSFET器件来实现。滤波器340a和346a对于较低频带中的信号，相对于滤波器340a和346a，对这些信号表现的阻抗要高得多。该第三放大级204也包含有检测元件344和356。这些元件可以使用耦合的传输线来实现。

该第三个或输出放大级在旁路250中包含有谐波去除滤波器。旁路250中包含有二极管354a和354b以及电容器352a和352b。当选择较低频带时，信号116c和116d为“通”。二极管354a和354b为正偏压，二极管354a和354b的引线电感和电容器352a和352b在较低频带的二次谐波处发生谐振。这能通过旁路250造成谐波去除。116c上的电位设定了放大器210的增益。

双工器346可以分成两路：较高频带的一路346a和较低频带的一路346b。较高频带的一路346a由元件512、514和515组成，而较低频带的一路346b由元件518、520和516组成。较高频带的二次谐波的谐波去除通过选择元件512给出。选择元件512可以在较高频带的二次谐波处得到自持谐振(由电容器的引线电感引起)。于是346a的较高频率一路对较低频带以及较高频带信号的二次谐波提供隔离。

可以选择较低频率一路346b的元件512和518，使得在较低频带的二次或三次谐波处发生谐振。这使得可以通过低频带一路346b给出二次和三次谐波去除。另外，可以选择元件516而在较低频带的二次或三次谐波中得到自持谐振(由于电容器的导线电感)。这将增加流过较低频率一路346b的信号的较低频带的谐振去除。

当存在高频信号时，偏压116c和116d为“断”，因而使晶体管放大器342为“断”。高频信号流经双工器340的340a和旁路250中的双工器346的高侧346a。

放大器105的输出由滤波器101滤波。

参考图6，较详细地表示了功率控制电路。功率控制器86对总线127上的功率调节信号作出响应，对放大器104的增益进行设置。该功率控制器86将总线127上的控制信号电平和导线125上的一个由检测元件348和358探测到的反馈信号进行比较。来自检测元件348和358的信号被传送通过一个包含有滤波器602和604的双工器。滤波器602通过较低频带中的信号，而滤波器604通过较高频带中的信号。在每种情况下，因为在任意给定时间，通带中只有一个为有效，因而只有来自一个传感器的信号将被传送。该功率控制电路根据比较结果来回调节导线608上的信号。

如果该被检测信号低于总线127上的控制信号，则导线608上的信号即被增大。如果该被检测信号高于该输入控制信号，则导线608上的控制信号即被降低。通过经输出端116a、116b和116c提供不同的增益控制信号给放大级200、202、和204中的每一个而在总线116上产生增益控制信号，增益控制606可以向各放大级分配增益。当要发射较低频带的信号时，功率控制器86被处理器108控制在导线116a上产生一个“断”信号。当要发射较高频带的信号时，功率控制器86被处理器108控制在导线116c上产生一个“断”信号。当要发射较高频带的信号时，导线116a和116b上的偏压信号被用来设置放大器104的增益。当要发射较低频带的信号时，导线116c和116b上的偏压信号被用来设置放大器104的增益。

这样可以看到这里公开了一种高效率的双频带放大器。该种电路比提供两种不同通路的或使用开关匹配网络的电路更为有效同时价格不太昂贵。

Claims (11)

1．一种用于双频带装置的放大器，它包含有：

一个输入端；

一个输出端；

多个放大级被连接在所述的输入端和输出端之间，所述的多个放大级包括有一个具有一个第一放大器的第一放大级、一个具有一个第二放大器的第二放大级、一个具有一个第三放大器的第三放大级；

和所述的各放大级之中的一个放大级有关的第一旁路，所述的第一旁路为第一频带中的信号提供为所述的各放大级中的所述的一个放大级中的放大器提供旁路的一个信号通路；

和所述的各放大级之中的另外一个放大级有关的第二旁路，所述的第二旁路为第二频带中的信号提供为所述的各放大级中的所述的另外一个放大级中的放大器提供旁路的一个信号通路；而

其中在所述的诸放大级中的一个放大级中的和所述的第一和第二旁路无关的放大器对所述的第一和第二频带中的信号进行放大。

2．如权利要求1中所述的用于一种双频带装置的放大器，其中所述的各放大级中的所述的一个放大级是所述的第一放大级，而所述的第一放大器为在所述的第二频带中工作而被最佳化。

3．如权利要求2中所述的用于一种双频带装置的放大器，其中所述的各放大级中的所述的另外一个放大级是所述的第三放大级，而所述的第三放大器为在所述的第一频带中工作而被最佳化。

4．如权利要求3中所述的用于一种双频带装置的放大器，其中所述的各放大级中的所述的一个和旁路无关的放大级是所述的第二放大级，而所述的第二放大器对所述的第二频带被最佳化，并被调准用于所述的第一和第二频带。

5．如权利要求1中所述的用于一种双频带装置的放大器，其中所述的各放大级中的所述的另外一个放大级是所述的第三放大级，而所述的第三放大器为在所述的第一频带中工作而被最佳化。

6．一种双频带通讯装置，它包含有：

一个信号源；

一个被连接到所述的信号源的调制器，所述的调制器具有一个控制信号输入端；

一个被连接到所述的控制信号输入端的控制电路，所述的控制电路控制所述的调制器在第一频带和第二频带中的任何一个频带中输出信号，其中所述的第一和第二频带包含有很不同的各种频率；以及

一个被连接到所述的调制器的放大器，所述的放大器在所述的第一频带和所述的第二频带中对从所述的调制器输出的信号进行放大以供进一步的发射；所述的放大器包括有许多级：第一放大级只放大第一频带的信号，第二放大级放大第一频带和第二频带两个频带的信号，而第三放大级只放大第二频带的信号。

7．如权利要求6中所述的通讯装置，它还包含有：

一个第一旁路，为第一频带的信号提供一个信号通路，以为所述的各放大级中的一个放大级中的第一放大器提供旁路；以及

一个第二旁路，为第二频带的信号提供一个信号通路，以为所述的各放大级中的另外一个放大级中的第二放大器提供旁路。

8．如权利要求7中所述的通讯装置，其中所述的第一放大器对于在所述的第二频带工作进行最佳化，所述的第一旁路为所述的第一放大器提供旁路，而所述的第二放大器对于在所述的第一频带工作进行最佳化，所述的第二旁路为所述的第二放大器提供旁路，而所述的各放大级中的所述的一个放大级包含有一个第三放大器，能对所述的第一和第二频带中的信号进行放大，所述的第三放大器对所述的第二频带被最佳化，并被调准用于所述的第一和第二频带。

9．如权利要求8中所述的通讯装置，还包含有一个双工器，该双工器被连接到所述的第一放大器和所述的第一旁路，使所述的第一旁路和所述的第一放大器隔离开以防止反馈。

10．如权利要求9中所述的通讯装置，还包含有一个双工器，该双工器被连接到所述的第二放大器和所述的第二旁路，使所述的第二旁路和所述的第二放大器隔离开以防止经所述的第二放大器发生反馈。

11．如权利要求10中所述的通讯装置，其中所述的第一放大级还包含有二极管开关，该二极管开关被连接在一个输入端、所述的第一旁路和所述的第一放大器之间，所述的二极管开关由一个频带信号进行开关。

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