CN1636316A - 用于功率放大器电路的动态偏置控制器 - Google Patents

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Abstract

一种偏置控制器通过动态调节功率放大器偏置电压而将功率放大器的静态电流设置到所需值。通过使用闭环控制，偏置控制器将偏置电压设置到所需的任何值而不管电路部件变化和温度效应。偏置控制器的操作在发射操作之前，如发射脉冲串之前补充了动态偏置电压调节。在功率放大器处于静态条件下的第一状态下，偏置控制器通过检测进入功率放大器的电源电流来调节偏置电压以设置所需静态电流。偏置控制器然后转变到第二状态，此时它维持所调节的偏置电压而不管放大器电源电流。不管其感测进入功率放大器的电源电流的能力，偏置控制器的配置避免了在功率放大器的正常操作期间的耗散性电流感测。

Description

用于功率放大器电路的动态偏置控制器
背景技术
无线通信设备是现代生活的组成部分，其具有使用中的各种各样的不同设备类型，包括但不局限于：蜂窝电话、便携数字助理、无线使能的计算机和其它所谓的“渗透计算(pervasive computing)”设备。尽管这些设备的使用和能力明显不同，但每个都包括一个或多个基本构建块，其基本上包括任何无线通信设备。
例如，能发射射频(RF)信号的任何无线设备包括某种形式的发射器电路以根据限定的调制方案来发送RF信号。功率放大是这种信号传输能力的基本部分。典型地，所需发射信号以相对低的功率水平被形成，并且这个预先放大的信号然后由RF功率放大器放大，该放大器将信号功率提升到适合于无线电传输的水平。发射功率的水平通常被紧密地控制，如在蜂窝电话学中。
控制RF功率放大器的输出功率需要对放大器的偏置电压的精确控制。就是说，基本上所有功率放大器电路被实施为基于晶体管的放大器，无论是单级或多级，并且控制来自这些基于晶体管的放大器的输出功率需要对晶体管操作点的精确控制。
通常，所施加的偏置电压建立功率放大器的操作点。事实上，操作点控制可影响晶体管以线性或以饱和模式操作，并且大大影响功率放大器的放大效率，其是对便携无线设备中的电池寿命的主要影响因素。偏置电压的给定量级额定地对应于功率放大器中静态电流的给定水平，当在其输入处用RF源激励时，所述电流在设置功率放大器的最终输出功率的过程中是确定性的。理想的是，人们将简单地把偏置电压设置到对应于所需静态电流的额定水平。不幸的是，大量变量，包括半导体过程变化、温度、老化、操作电压及其它，共同改变给定偏置电压和结果放大器静态电流之间的关系。换句话说，人们不能简单地选择应导致所需静态电流的偏置电压；相反，人们通常需要采用某种形式的偏置电压校准或调节。
当然，这些校准途径特别给制造方增加了花费和复杂，其中在某些情况下，各个功率放大器电路(或整个通信设备)被表征于温度和电压上以确定用于偏置电压的适当调节因子。通常，该校准信息然后被加载到经校准的设备内的非易失性存储器中以便于在以后的操作中使用。
发明内容
本发明提供了一种方法和设备，用于在发射操作之前动态地校准进入功率放大器电路的电压偏置以确保该功率放大器电路被偏置到所需静态电流水平。尽管在许多不同的实施例中经历了实施的变化，本发明通常提供一种偏置控制器，其使用闭环控制技术来向上或向下调节所产生的偏置电压以使在静态条件下进入功率放大器电路的电源电流基本上匹配目标静态电流值。
可被包括在偏置控制器中的定时功能控制用于偏置控制器的第一和第二操作状态。在第一操作状态期间，偏置控制器基于进入功率放大器电路的所测或所检测的电源电流在闭环控制下调节偏置电压。这样，在第一状态期间偏置控制器使用闭环控制将偏置电压调节到实现静态电流目标水平所需的任何水平。在某个限定的持续时间之后，偏置控制器从其第一状态转变到其第二状态，此时它锁定或相反保持偏置电压的经调节的水平，而不管进入功率放大器电路的电源电流的任何变化。
在操作中，第一状态被使得在功率放大器电路的静态条件期间发生，如在无线电发射脉冲串之前。在偏置控制器从其第一状态转变到其第二状态时，它锁定或保持经调节的偏置电压并在任何随后的无线电传输中自始至终维持该偏置电压值。
在一些示例实施例中，偏置控制器被配置有测量通路，用于测量进入功率放大器电路的电源电流，其独立于在发射操作期间提供电源电流给功率放大器电路的主通路。以这种方式，偏置控制器避免了在偏置电压调节操作期间向主电源通路加载它可能用来感测进入功率放大器的电源电流的任何电流测量设备。
在其它示例实施例中，偏置控制器可使用具有对实际电源电流的某个限定的比例的基准电流。这样的基准电流有时被用在在包络消除和恢复(EER)应用中使用的电流调制器中。在亦被称为“极(polar)”调制系统的EER系统中，功率放大器为饱和模式操作而被偏置。恒定包络、相位调制的信号被施加于功率放大器的放大输入，而其电源端子被提供了振幅调制的电源电压和/或电流。在电流调制被使用的情况下，偏置控制器可使用所产生的基准电流作为经调制的电源电流的按比例缩放的基准。
借助该途径，偏置电压调节控制回路可基于感测基准电流而不是实际电流而被封闭。同样，该途径避免了将耗散性部件放置在功率放大器的电源电流通路中。在其操作的第一状态期间，电源和基准电流的振幅调制被暂停，并且没有RF信号被施加给功率放大器。偏置控制器可包括开关元件，用于隔离电流调制器与任何输入调制信号以在偏置控制器的调节操作期间迫使这种静态条件。
不考虑其特定实施，偏置控制器的闭环调节途径适应所提供的偏置电压和结果静态电流之间的关系的变化，由此不需要所存的校准信息和任何基于温度或电压的偏置调节跟踪。就是说，借助本发明的偏置控制器，偏置电压在闭环控制下被调节到将功率放大器电路的静态电源电流固定于目标值所需的任何值。
通常，偏置控制器包括适应性以确保在其偏置电压调节操作期间被施加给功率放大器电路的电源电压有可靠设置静态电流水平的足够量级。就是说，借助一些放大器类型，如借助双极结式晶体管放大器，需要集电极和发射极之间的适当电压以可靠设置静态电流水平。场效应晶体管(FET)典型地具有对应的漏到源电压范围，其应在设置偏置电压时被维持。此外，偏置控制器操作以确保第一状态(调节)和第二状态(发射操作)之间的任何电压差不是这样明显以使误差将导致两个操作状态之间的静态电流水平。
附图说明
图1是采用所存校准信息来实现放大器偏置电压控制的常规无线通信设备的图。
图2是说明晶体管放大器操作点和输入/输出RF功率之间的通用关系的曲线图。
图3是经历偏置电压控制的单级晶体管放大器的图。
图4是结合了依照本发明的偏置控制器的示例通信设备的图。
图5是用于偏置控制器的一个实施例的示例细节的图。
图6是被配置成结合电流调制器而操作的偏置控制器的另一个实施例的图。
图7A是用于图6的偏置控制器和电流调制器的示例细节的图，而图7B说明了与对偏置控制器和电流调制器的操作定时关联的示例控制波形。
图8是在无线电发射脉冲串环境中的，如由GSM通信标准所采用的示例偏置调节时序的曲线图。
图9是相对于脉冲串传输的交替偏置调节时序的曲线图。
图10是偏置控制器和电流调制器的另一个实施例的图，其中在偏置电压调节期间使用的功率放大器电源电压独立于在发送操作期间使用的主电源电压。
图11是偏置控制器和电流调制器的另一个实施例的图，其中电源电压限制被检测并馈送给基带处理器，其然后调节VIDQREF以补偿电池电压变化。
具体实施方式
图1说明了如可能用在常规无线通信设备10中的功率放大器偏置的途径。设备10包括收发器12，其与数字信号处理器(DSP)14合作以在通过滤波器电路18滤波和调整之后处理来自天线组件16的所接收的信号。收发器12亦与DSP14合作以产生被输入给功率放大器20的发射信号。通过功率放大器20对发射信号的放大产生适合于由天线组件16发射的RF输出信号。阻抗匹配电路22可被用于将来自功率放大器20的RF输出信号耦合于天线组件16。
一般地，需要设备10以指定的发射功率或至少在输出功率的指定范围内发射其RF输出信号。可借助典型功率放大器获得的RF输出功率由其操作点来确定。图2是作为功率放大器操作点的函数的输出RF功率和输入RF功率之间的关系的通用曲线图。偏置控制被用于建立功率放大器的操作点，并且图3说明了典型的功率放大器安排和用于接收偏置电压信号的机构。
为了简化，功率放大器20被说明为包括晶体管Q1的单级晶体管放大器，该晶体管具有：被结合于输入电源端子34的其集电极，所述端子通过电感器L1耦合于电源电压VDD；通过端子36结合于信号接地的发射极；以及通过R1耦合于被施加给端子38的偏置电压的基极。基极亦通过电容器C1而AC耦合于被施加给端子30的RF输入信号。
在操作中，偏置电压被施加给端子38以建立进入晶体管放大器Q1的集电极的静态电流，由此建立晶体管操作点。RF输入信号的施加使晶体管Q1开始自偏置，但尽管如此，平均偏置点仍由偏置电压VBIAS维持。
在适当的功率放大器偏置中遇到的困难之一来自给定偏置电压和结果静态电流之间的关系的不确定性。就是说，被施加给相同类型的功率放大器电路的不同样本或者在不同温度处被施加给相同放大器的相同偏置电压产生变化的静态电流。以下的表1说明了用于典型RF功率放大器的相对于放大器静态电流的输出功率灵敏度。
    表1：典型的线性PA规格
    参数     MIN     TYP     MAX
    PWR GAIN     28Db     31dB     34dB
    IDQ     50mA     100mA     300mA
    ACPR     26dBc     29dBc     32dBc
如从表数据看到的，典型功率放大器中的功率增益随静态电流IDQ的变化而显著变化。而且不同的静态电流改变功率放大器的操作点，从而导致其放大特性(例如线性度)的变化，这影响了功率放大器的相邻通道功率比(ACPR)性能。ACPR性能是重要的，这是因为需要使典型的无线通信系统中的接近间隔的通信通道频率之间的交叉通道干扰最小。
记住以上电压偏置问题，读者返回来参考图1以便于理解这些困难是如何在常规设备10中被解决的。在该说明中，人们看到DSP14具有对查询表(LUT)或在存储器24中实施的一些其它类似数据结构的访问。存储在存储器24中的数据包括校准信息，用于对功率放大器偏置电压随温度并且潜在地随时间(例如由于部件老化而造成的漂移)的所需变化或调节，并且可包括对应于设备操作不同模式的不同操作点的多重数据集。事实上，影响用于给定偏置电压值的结果静态电流的整个变量集是足够复杂的，因此个性化校准数据常常被收集并存储用于每个设备10。在任何情况下，常常在每单元的基础上花费了不理想的时间和劳动量来表征并存储所需校准数据于存储器24中。
图4说明了依照本发明的示例通信设备50。在此，通信设备50包括示例的偏置控制器52，其包括电源电流检测电路54和闭环控制电路56。设备50进一步包括功率放大器60、阻抗匹配网络62、天线组件64、收发器66和基带处理器68。
在操作中，偏置控制器52向功率放大器60提供偏置电压，其被调节以将功率放大器60的静态电流设置到所需静态电流值。偏置控制器52的偏置电压调节操作是相对于设备50的发射操作而被控制的，因此偏置电压调节是在功率放大器60的静态条件下进行的。
功率放大器60响应于来自收发器66的RF输入信号(RF_IN)而产生RF输出信号(RF_OUT)。RF_OUT信号通过阻抗匹配网络62而耦合于天线组件64，在这里它被向外辐射为被发射的信号。无线电收发器66与基带处理器68合作以根据所需发射信息并根据适用的调制协议(例如IS-136、GSM或其它无线通信标准)而产生RF_IN信号。
就偏压控制而言，基带处理器68与偏置控制器52合作以获得经调节的偏置电压水平，其将进入功率放大器60的静态电流设置于所需的目标值。在该实施例中，基带处理器68产生或相反控制基准电压VIDQREF，其成比例地表示所需静态电流值。这样，可包括数字模拟转换装置的基带处理器根据所需静态电流值来控制VIDQREF的量级。偏置控制器52响应于VIDQREF和进入功率放大器60的所测电源电流(IPA)而使用闭环控制来设置IPA的静态电流水平。一旦获得了用于偏置电压VBIAS的适当调节，则偏置控制器52保持该电压恒定而不管进入功率放大器60的电源电流的任何随后的变化。
更具体而言，偏置控制器52在第一状态下操作，此时其动态调节偏置电压VBIAS以获得用于功率放大器电源电流IPA的所需静态电流值，然后转变到第二状况，此时其保持或相反维持VBIAS的所调节的水平而不管IPA的变化。用于偏置控制器52的操作的第一和第二状态之间的转变通过由基带处理器68产生的使能信号(EN)来控制。如将在稍后更详细说明的，基带处理器68典型地在无线电发射活动之前断定所述使能信号。就是说，EN信号通常被断定于发射操作之前，而功率放大器被保持在静态条件(没有所施加的RF功率)。偏置控制器52内的定时功能将使能信号转换成较短持续时间控制脉冲。在控制脉冲被断定时，偏置控制器52在第一状态下通过将闭环调节施加于VBIAS以获得IPA的所需静态电流值而操作，并且一旦对所述脉冲去断定，它转变到第二状态，此时它保持VBIAS的所调节的水平。
图5说明了用于偏置控制器52的示例实施例的细节。在此，闭环控制电路56包括放大器电路80以及跟踪和保持电路82。放大器电路80基于电流检测器54提供的检测信号和VIDQREF之间的差而产生误差信号。在该实施例中，检测电路54包括被串联放置在测量通路中的感测电阻器RQ，其通过开关84的操作将功率放大器60的电源输入选择性地耦合于电源电压VDD。尽管开关84被画为单极、双行程(SPDT)开关，应理解其实施可包括使用分离的开关。在任何情况下，到功率放大器60的电源电流IPA可通过开关84的操作而选择性地导通经过测量通路或主通路，所述开关可包括在主和测量通路中被串联放置的离散场效应晶体管(FET)。
不管被用来选择性地使能测量和主通路的特定途径，测量通路在对偏置控制器52的操作的调节周期内被开关。就是说，到功率放大器60的电源电流IPA在调节周期内流过测量通路并因此流过感测电阻器RQ。因此，检测信号表示在电源电压VDD以下一个量的电压信号，该量与流入功率放大器60的电源电流IPA的量级成比例，这是由于由感测电阻器RQ上的那个电流所导致的电压降。以这种方式，与所需或目标静态电流值相比，误差信号表示流入功率放大器60的静态电流的实际水平。
可以是单触发设备的脉冲发生器86产生校准控制脉冲，在此被标记为QCHK，其驱动通路选择开关84以及跟踪和保持电路82。响应于QCHK信号的跟踪和保持电路82的操作在以下被讨论。
当所述使能信号被断定时，脉冲发生器86断定QCHK一个限定的周期。在QCHK被断定时，跟踪和保持电流82在跟踪模式下操作，并且作为放大器电路80所输出的误差信号的函数而改变所产生的偏置电压VBIAS。这样，偏置电压VBIAS在操作的第一状态期间跟踪误差信号的变化以提供对VBIAS的闭环调节。由于偏置电压VBIAS的量级控制进入功率放大器60的电源电流IPA的量级，闭环控制机构被建立以使放大器电路80向上或向下驱动误差信号以使偏置电压VBIAS向上或向下移动，从而使检测信号和VIDQREF之间的差最小。这样，在处于其操作的第一状态时，偏置控制器52将偏置电压VBIAS设置到获得电源电流IPA的所需或目标静态电流值所需的任何水平，如由基准电压VIDQREF所表示的。
在所限定的周期结束时，控制信号QCHK被去断定，并且跟踪电路82转变到其第二状态，此时它保持偏置电压VBIAS的所调节的水平。另外，开关84改变状态，由此通过主通路将功率放大器的电源输入耦合于电源电压VDD，从而避免需要在功率放大器60的正常发射操作期间通过感测电阻器RQ而提供电源电流IPA的来源。
此时，流过感测电阻器RQ的电流变为零，而检测信号升至电源电压VDD的水平。尽管检测信号的该变化导致由放大器电路80产生的误差信号的潜在大的变化，但跟踪和保持电路82忽略误差信号的变化。偏置电压VBIAS由此被维持在先前调节的水平，而不管进入功率放大器60的实际电源电流IPA的变化。在该第二状态下，RF输入功率可被施加给功率放大器60而无需颠倒或相反改变由偏置控制器52提供的偏置电压的水平。
尽管在先前讨论中通常假定偏置控制器52提供偏置电压以建立用于功率放大器60的线性操作点，在一些应用中线性操作是不必要的或甚至是不理想的。图6说明了被配置用于在包络消除和恢复(EER)应用中使用的功率放大器电路60。在此，功率放大器电路60被操作为饱和模式放大器，而基带处理器68产生分离的相位和振幅调制波形。这样，到功率放大器60的RF_IN信号包括恒定包络相位调制信号，而来自AM调制器90的电源信号包括根据所需调制信号AM_IN而调制的电源电流。因此，来自功率放大器电路的RF输出信号RF_OUT包含相位和振幅调制信息两者。
根据调制器90的特定配置，偏置控制器52可使用和可不使用测量通路来检测进入功率放大器电路60的电源电流。图7A说明了调制器90和偏置控制器52的示例实施例。参考图7B，使能信号EN被断定于发射操作之前。一旦断定了EN信号，偏置控制器52的脉冲控制器86产生QCHK控制脉冲，其具有典型地比总使能脉冲的典型宽度小得多的(例如，15μs)的限定脉冲宽度。一旦断定了QCHK，不管负或正逻辑感测被使用，晶体管Q3被开启，由此使电源电流IPA能流过包括检测器电路54的感测电阻器RQ的测量通路。同时，开关102将差分误差放大器U1的输入连接于接地，从而有效地关闭Q1和Q2，并且禁用主通路。在这个意义上，晶体管Q3和开关102一起用作图5中所示的选择器开关84。
QCHK亦驱动跟踪和保持电路82。更具体而言，跟踪和保持电路82包括逻辑反相器U3以产生QCHK的反相，该反相信号被用于驱动开关100，其将跟踪和保持电路82的信号输入耦合于在此被示出为U2的误差放大器80所产生的误差信号。当开关100闭合时，误差信号电压被施加于电容器CHOLD上，其被耦合于缓冲放大器U4的输入。这样，在该实施例中，偏置电压VBIAS表示被施加于存储电容器CHOLD上的误差信号电压的经缓冲的版本。这样，存储电容器CHOLD用作在耦合开关100被闭合期间跟踪误差信号电压的模拟存储元件。
同时，在该实施例中亦形成偏置控制器52的一部分的开关102，将调制控制放大器U1的输入从其与振幅调制信号AM_IN的缺省连接开关到其与接地的偏置电压校准连接。将U1的反相输入开关到接地禁用了Q1和Q2，由此禁用了进入功率放大器电路60的主电流通路，并且使进入功率放大器60的电源电流IPA在静态条件，例如IPA＝IQ期间流过感测电阻器RQ。
在QCHK控制脉冲结束时，开关102将U1的反相输入从接地去耦合，并再次将该输入耦合于振幅调制信号AM_IN。同样，晶体管Q3切断，由此禁用测量电流通路。类似地，开关100断开，由此将跟踪和保持电路82置于其保持条件。注意，使用缓冲放大器U4防止了通过功率放大器60的偏置输入对存储电容器CHOLD的加载。就是说，缓冲放大器U4的很高的输入阻抗与断开的开关100的高输入阻抗使在偏置电压校准循环之间基本上没有存储电容器CHOLD的放电。
图7B引入了使偏置控制器52的偏置电压校准操作与无线电发射操作同步的思想。图8在发射脉冲串的情况下为这样的实施提供了相当多的细节，所述脉冲串可能在设备50被配置用于在基于例如用于移动通信的全球标准(GSM)的无线通信系统中操作的情况下被使用。
在GSM中，发射脉冲串由以下组成：发射功率被倾斜直到所限定水平的脉冲串起始，之后是调制周期，然后终止于发射功率以受控方式而下降的斜坡结尾。功率屏蔽包络限定发射脉冲串的所述各个部分期间的容许发射功率。
在典型的操作中，通信设备50的某些元件或电路以相对于发射脉冲串的间歇方式被操作以节约功率。例如，收发器66，可能还有基带处理器68的某些部分以及偏置控制器52和功率放大器60，以与所需发射脉冲串同步的间歇方式操作。这样，使能信号EN可被设置成产生比所需发射脉冲串宽度宽一点的使能脉冲宽度，而该EN信号的初始部分比发射脉冲串的实际起始领先一个所需的时间量。这样，脉冲控制器86可被使得在宽的多的使能脉冲开始时产生控制脉冲。这允许偏置控制器52将偏置电压VBIAS校准或相反调节至符合(hit)用于功率放大器电路60的目标静态电流水平所需的水平，然后在一个或多个随后的发射脉冲串中且自始至终锁定和保持那个所调节的偏置电压。
图9类似于图8但示出了相对于发射脉冲串的偏置电压校准过程的可替换安排。在此，偏置校准基本上与发射脉冲串的起始同步，因此偏置电压校准发生在实际RF信号调制的起始之前，但在发射脉冲串的开始周期内。事实上，控制脉冲被配置成不是发生在发射脉冲串恰好开始处，而是在如发射功率屏蔽所限定的允许发射功率相对于来自通信设备50的辐射功率而较大(generous)的略微靠后的点处。
将调节操作放在所述点处的一个原因是由于收发器66的各个部分被加电，例如振荡器等，可能有进入功率放大器电路60的RF输入的一些低电平泄漏信号。这样的泄漏可能导致比在偏置电压校准期间无意中从设备50辐射的所允许的RF信号功率大。这样，将偏置电压校准移动到发射功率屏蔽允许明显辐射功率的点防止了无意中违反功率屏蔽限制。
图10说明了类似于在图7A中采用的途径。然而，在图7A中，用于功率放大器电路60的电源电流在偏置电压校准和正常发射操作两者之间均来源于相同的电源电压VDD。与使用电源电压VDD提供电源电流IPA来进行偏置电压校准操作关联的一个细小区别是VDD常常简单地是电池的直接输出。这在通信设备50包括诸如蜂窝无线电话或其它类型的移动站的移动通信设备的情况下是特别真实的。这样，电源电压VDD的量级作为电池(未示出)的充电状态的函数而变化。如本领域的技术人员将容易理解的，VDD将显示出所使用的特定电池技术(化学)的放电曲线特性。
一般而言，这对于精确设置偏置电压以获得所需静态电流水平并没有提出困难，但对于某些类型的功率放大器电路，或者由于其它原因可能是不理想的。在那些实例中，或者根据需要，偏置控制器52可被修改以这样操作：使偏置调节操作期间的电源电流IPA来源于与在发射操作期间所使用的不同的电压电源。
在示例的途径中，基准电压VQSREF被用于在偏置电压调节期间为IPA提供来源。例如，VQSREF可以是从电源电压VDD得到的经调整的电压。没有特定要求指定用于在偏置电压调节期间所使用的电源电压的特定设计，但应指出，被用于提供基准电压VQSREF的任何电路的电流来源提供能力必须足以允许适当的偏置电压校准。例如，根据功率放大器电路60的晶体管元件的类型，并且基于目标输出功率水平，人们可预期用于IPA的典型静态电流值依赖于手边的特定设计而具有从100微安直到一安培及以上的范围。
图11示出了适应改变偏置电压校准过程中的VDD电压的许多可能途径的又一个。在此，与图7A一样，在静态条件下用于进入功率放大器60的电源电流IPA的来源是被用于正常发射操作的相同电源电压VDD。然而，基带处理器68测量VDD(或VDD的按比例缩放的版本)的量级并且进行偏置电压基准VIDQREF所必要的任何调节。就是说，基准电压VIDQREF可作为在偏置电压校准期间被施加给功率放大器60的电源电压的函数而变化。该途径对于一些类型的晶体管放大器可能是有用的，其中用于给定偏置电压的静态电流取决于所施加的电源电压。因此，借助该途径，基带处理器68调节VIDQREF以使它总表示所需静态电流值而不管电源电压VDD的变化。
在相关的替换中，VQSREF可被产生成具有固定的额定值，例如三伏，但被使得响应于电源电压VDD的变化。一种途径将是通过分压器(例如电阻性分压器)来耦合VQSREF以使VDD的一部分被施加给VQSREF。以这种方式，由VDD确定的VQSREF的分量将随VDD而变化。
不论以上途径的任何一个或其变化被采用与否，人们将确保被施加给功率放大器60的校准电源电压足以保证适当的操作。此外，如果不同的电源电压被用在偏置电压校准和正常操作之间，人们应确保校准电源电压与功率放大器60的正常电源电压足够接近以防止当功率放大器60从校准电源电压被切换到正常电源电压时有静态电流的偏移。
由于对静态电流基准电压VIDQREF的控制经历了几种不同的途径，包括以上的VDD相关的控制方面，经历许多变化的偏置控制操作的其它方面也是这样。例如，检测电路54可感测或相反测量流过测量或主电源通路的电源电流IPA，但亦可测量从属的基准电流或相反被使得与实际功率放大器电源电流成比例地变化的基准电流。作为其实例，读者可参考题为“CURRNENT MODULATOR WITH DYNAMIC AMPLIFIERIMPEDANCE COMPENDATION”的共同未决且一般转让的申请，其在此全部引入作为参考。在该共同未决的申请中，基准电流被保持处于与实际功率放大器电源电流的已知比例，并且偏置控制器52可通过感测基准电流的量级来测量实际功率放大器电源电流。本领域的技术人员将容易理解，测量用于闭环偏置电压调节的功率放大器电源电流可以以各种方式被直接或间接地完成。
尽管以上细节涉及本发明的示例实施例，本领域的技术人员将理解它并不局限于这些细节。一般而言，本发明提供了一种偏置控制器，其提供对偏置电压的动态校准以在无线电发射操作之前设置功率放大器电源电流的所需静态电流值。这样的偏置电压调节使用闭环控制以使所需静态电流所需要的偏置电压被自动设置，而不管电路参数或温度的变化或者设备老化。因此，本发明仅由以下权利要求及其合理的等效形式的范围来限制。

Claims (65)

1.一种用来产生偏置电压信号的偏置控制器，所述信号设置进入功率放大器电路的电源电流的静态电流值，所述偏置控制器包括：
电流检测器，用来响应于所述电源电流而产生检测信号；
闭环控制电路，用来在第一状态下响应于所述检测信号而调节偏置电压以使电源电流被设置得基本上等于所需静态电流值，并且在第二状态下维持所述偏置电压而不管检测信号。
2.权利要求1的偏置控制器，其中闭环控制电路包括：
放大器电路，用来响应于表示所需静态电流值的基准信号和检测信号之间的差而产生误差信号；以及
跟踪和保持电路，用来在第一状态下产生作为所述误差信号的函数的偏置电压，并且在第二状态下维持所述偏置电压而不管误差信号。
3.权利要求2的偏置控制器，其中跟踪和保持电路包括：
输入存储元件，其在第一状态下被耦合于放大器电路的输出并在第二状态下被去耦合，从而使输入存储元件在第一状态下跟踪误差信号并在第二状态下保持误差信号的最后值；以及
缓冲放大器，其被耦合于输入存储元件以在第一状态下基于误差信号并且在第二状态下基于误差信号的最后值而产生偏置电压。
4.权利要求3的偏置控制器，其中缓冲放大器包括具有所需信号增益的电压跟随器电路。
5.权利要求4的偏置控制器，其中缓冲放大器包括单位增益电压跟随器。
6.权利要求4的偏置控制器，其中跟踪和保持电路进一步包括耦合开关，用来响应于偏置调节控制信号而选择性地将输入存储元件耦合和去耦合于误差放大器。
7.权利要求6的偏置控制器，其中输入存储元件包括电容器，其在第一端被耦合于耦合开关和缓冲放大器的输入，并且在第二端被耦合于信号接地节点，从而使当被耦合于误差放大器时，电容器的电容器电压遵循误差信号，并且当从误差放大器被去耦合时，基本上保持于误差信号的最后值。
8.权利要求1的偏置控制器，其中功率放大器的电源输入通过包括电流检测器的测量通路而耦合于第一电源电压，并且通过旁路电流检测器的主通路而耦合于第二电压电源，并且其中偏置控制器进一步包括至少一个开关以在第一状态下使能测量通路，并且在第二状态下使能主通路。
9.权利要求8的偏置控制器，其中第一电压电源和第二电压电源相同。
10.权利要求8的偏置控制器，其中第一电压电源是从第二电压电源得到的经调整的电压电源。
11.权利要求8的偏置控制器，其中至少一个开关包括第一开关，用来在第一状态下使电源电流能流过测量通路，并且在第二状态下阻塞电源电流流过测量通路。
12.权利要求11的偏置控制器，其中电流检测器包括感测电阻器，其在第一端被耦合于第二电源电压，并且在第二端被耦合于第一开关的第一端子，并且其中第一开关的第二端子被耦合于功率放大器电路的电源输入。
13.权利要求11的偏置控制器，其中所述至少一个开关进一步包括第二开关，用来在第一状态下禁止电源电流流过主通路，并且在第二状态下使电源电流能流过主通路，从而使进入功率放大器电路的电源电流在第二状态下不流过感测电阻器。
14.权利要求1的偏置控制器，进一步包括单触发电路，用来响应于使能信号而产生状态控制脉冲，从而使偏置控制器在断定状态控制脉冲期间在第一状态下操作，并且当状态控制脉冲被去断定时，在第二状态下操作。
15.权利要求2的偏置控制器，其中闭环控制电路进一步包括调节电路，用来根据电源电压的变化而调节基准信号。
16.权利要求15的偏置控制器，其中调节电路检测电源电流并响应于所检测的电源电压而产生基准信号。
17.权利要求16的偏置控制器，其中调节电路包括数字信号处理器。
18.权利要求15的偏置控制器，其中调节电路包括电阻性分配器电路。
19.一种电流调制器，包括：
输出电路，用来响应于振幅调制信号而调制电源电流；
偏置控制器，包括：
电流检测器，用来在静态条件下响应于所述电源电流而产生检测信号；
闭环控制电路，用来在第一状态下响应于所述检测信号而调节偏置电压以使电源电流被设置得基本上等于所需静态电流值，并且在第二状态下维持所述偏置电压而不管检测信号。
20.权利要求19的电流调制器，其中调制信号在第一状态下是非活性的，而在第二状态下是活性的，从而使偏置控制器在调制信号不存在的情况下调节偏置电压。
21.权利要求20的电流调制器，其中电流调制器将电源电流提供给功率放大器电路作为基准电流的按比例缩放的版本，并且其中偏置控制器的电流检测器包括在电流调制器的基准电流通路中被串联放置的感测电阻器。
22.权利要求20的电流调制器，进一步包括调制输入开关，其在第二状态下将电流调制器的调制输入耦合于调制信号，并在第一状态下耦合于基准电压以使偏置电压的调节借助由基准电压设置的功率放大器电路的电源输入而发生。
23.权利要求19的电流调制器，其中闭环控制电路包括：
放大器电路，用来响应于表示所需静态电流值的基准信号和检测信号之间的差而产生误差信号；以及
跟踪和保持电路，用来在第一状态下产生作为所述误差信号的函数的偏置电压，并且在第二状态下维持所述偏置电压而不管误差信号。
24.权利要求23的电流调制器，其中跟踪和保持电路包括：
输入存储元件，其在第一状态下被耦合于放大器电路的输出并在第二状态下被去耦合，从而使输入存储元件在第一状态下跟踪误差信号并在第二状态下保持误差信号的最后值；以及
缓冲放大器，其被耦合于输入存储元件以在第一状态下基于误差信号并且在第二状态下基于误差信号的最后值而产生偏置电压。
25.权利要求24的电流调制器，其中缓冲放大器包括具有所需信号增益的电压跟随器电路。
26.权利要求25的电流调制器，其中缓冲放大器包括单位增益电压跟随器。
27.权利要求25的电流调制器，其中跟踪和保持电路进一步包括耦合开关，用来响应于偏置调节控制信号而选择性地将输入存储元件耦合和去耦合于误差放大器。
28.权利要求27的电流调制器，其中输入存储元件包括电容器，其在第一端被耦合于耦合开关和缓冲放大器的输入，并且在第二端被耦合于信号接地节点，从而使当被耦合于误差放大器时，电容器的电容器电压遵循误差信号，并且当从误差放大器被去耦合时，基本上保持于误差信号的最后值。
29.权利要求19的电流调制器，其中功率放大器的电源输入通过包括电流检测器的测量通路而耦合于第一电源电压，并且通过旁路电流检测器的主通路而耦合于第二电压电源，并且其中偏置控制器进一步包括至少一个开关以在第一状态下使能测量通路，并且在第二状态下使能主通路。
30.权利要求29的电流调制器，其中第一电压电源和第二电压电源相同。
31.权利要求29的电流调制器，其中第一电压电源是从第二电压电源得到的经调整的电压电源。
32.权利要求29的电流调制器，其中至少一个开关包括第一开关，用来在第一状态下使电源电流能流过测量通路，并且在第二状态下阻塞电源电流流过测量通路。
33.权利要求32的电流调制器，其中电流检测器包括感测电阻器，其在第一端被耦合于第二电源电压，并且在第二端被耦合于第一开关的第一端子，并且其中第一开关的第二端子被耦合于功率放大器电路的电源输入。
34.权利要求32的电流调制器，其中所述至少一个开关进一步包括第二开关，用来在第一状态下禁止电源电流流过主通路，并且在第二状态下使电源电流能流过主通路，从而使进入功率放大器电路的电源电流在第二状态下不流过感测电阻器。
35.权利要求19的电流调制器，进一步包括单触发电路，用来响应于使能信号而产生状态控制脉冲，从而使偏置控制器在断定状态控制脉冲期间在第一状态下操作，并且当状态控制脉冲被去断定时，在第二状态下操作。
36.权利要求23的电流调制器，其中闭环控制电路进一步包括调节电路，用来检测电池电压并根据电池电压的变化而调节基准信号。
37.权利要求36的电流调制器，其中调节电路包括数字信号处理器。
38.权利要求36的电流调制器，其中调节电路包括电阻性分配器电路。
39.一种控制偏置电压信号的方法，该信号设置到功率放大器电路的电源电流的静态电流值，该方法包括：
在第一操作状态下检测进入功率放大器电路的电源电流；
在第一操作状态期间调节偏置电压直到电源电流基本上等于所需静态电流值；
在第二操作状态下维持所述偏置电压而不管电源电流。
40.权利要求39的方法，其中第一操作状态对应于用于功率放大器电路的操作的静态周期，而第二操作状态对应于用于功率放大器电路的操作的活性周期。
41.权利要求39的方法，其中在第一操作状态下检测进入功率放大器电路的电源电流包括：
通过包括感测电阻器的测量通路将功率放大器电路的电源输入耦合于第一电压电源；以及
产生与感测电阻器上的电源电流成比例的检测信号。
42.权利要求41的方法，其中在第一操作状态期间调节偏置电压直到电源电流基本上等于所需静态电流值包括：
基于表示所需静态电流值的基准信号和检测信号之间的差而产生误差信号；以及
作为所述误差信号的函数而调节偏置电压。
43.权利要求41的方法，进一步包括在第二操作状态期间通过旁路电流传感器的主通路将功率放大器电路的电源输入耦合于第二电压电源。
44.权利要求39的方法，其中电源电流被提供给功率放大器电路作为基准电流的按比例缩放的版本，并且其中在第一操作状态下检测进入功率放大器电路的电源电流包括：
检测基准电流；以及
基于基准和电源电流之间的已知电流按比例缩放来推断电源电流的值。
45.权利要求44的方法，其中检测基准电流包括测量与基准电流串联放置的感测电阻器上的电压降。
46.权利要求39的方法，进一步包括在第一和第二操作状态下将基本上相同量级的电源电压施加给功率放大器电路以减小由于第一和第二操作状态之间的电源电压的变化而产生的静态电流误差。
47.权利要求39的方法，其中功率放大器电路是具有已知Vce曲线的双极结式晶体管电路的类型，并且进一步包括在第一操作状态下将具有对应于Vce曲线的相对平的部分的量级的电压电源施加给功率放大器电路。
48.权利要求39的方法，进一步包括控制第一和第二操作状态以使第一操作状态是在发射信号被施加给功率放大器电路以便于放大之前的第一周期，而第二操作状态是包括功率放大器电路对发射信号的放大的第二周期。
49.权利要求48的方法，进一步包括对第一周期定时以在GSM发射脉冲串之前发生，并且对第二周期定时以贯穿GSM发射脉冲串。
50.权利要求48的方法，进一步包括对第一周期定时以发生在GSM脉冲串时间内但在预先放大的脉冲串信号被施加于功率放大器电路以便于放大之前。
51.权利要求50的方法，其中第一周期被安排在GSM脉冲串时间内以发生于初始发生功率屏蔽水平时间已到时之后。
52.权利要求39的方法，其中在第一操作状态期间调节偏置电压直到电源电流基本上等于所需静态电流值包括闭合控制回路，该回路基于电源电流和所需静态电流值之间的差来设置偏置电压。
53.权利要求52的方法，其中闭合控制回路包括：
借助差分放大器而产生误差信号，该放大器被耦合于表示所需静态电流水平的基准信号，并被耦合于与电源电流成比例的检测信号；以及
作为误差信号的函数而调节偏置电压。
54.权利要求39的方法，其中在第二操作状态下维持所述偏置电压而不管所检测的电源电流包括将在第一状态期间设置的偏置电压存储在模拟存储元件中。
55.权利要求54的方法，其中进一步包括作为电源电压的函数而调节基准信号。
56.权利要求55的方法，其中作为电源电压的函数而调节基准信号包括检测电源电压并响应于所检测的电源电压来调节基准信号。
57.权利要求56的方法，其中检测电源电压并响应于所检测的电源电压来调节基准信号是由数字信号处理器来进行的。
58.权利要求55的方法，其中作为电源电压的函数而调节基准信号包括在电阻性分配器中分配电源电压以产生基准信号，从而使电源电压的变化导致基准信号的对应变化。
59.一种通过调节被施加给功率放大器的偏置电压将进入功率放大器的电源电流设置到所需静态电流值的方法，该方法包括：
产生与电源电流成比例的检测信号；
响应于所述检测信号使用闭环控制来调节偏置电压以使电源电流被设置到所需静态电流值。
60.权利要求59的方法，进一步包括限定第一和第二操作状态，其中偏置电压在第一状态期间响应于检测信号而被调节，并且在第二状态期间被保持于所调节的值。
61.权利要求60的方法，进一步包括产生限定宽度的控制脉冲以控制第一和第二状态之间的操作。
62.权利要求61的方法，进一步包括使控制脉冲的产生基本上与发射使能脉冲的开始同步，从而使第一状态在发射脉冲串之前在功率放大器的静态条件下发生，并且到第二状态的转变发生在发射脉冲串之前。
63.权利要求60的方法，进一步包括在第二状态期间调节基准信号以使偏置电压响应于基准信号的变化。
64.权利要求59的方法，进一步包括根据在发射操作期间被施加给功率放大器的电源电压的量级来调节基准信号的额定值。
65.权利要求64的方法，其中根据在发射操作期间被施加给功率放大器的电源电压的量级来调节基准信号的额定值包括：
测量电源电压；以及
响应于电源电压的变化而调节基准信号的额定值。
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