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一种Doherty功放装置
申请号	CN201110111728.8	申请日	2011-04-29	公开(公告)号	CN102185563B	公开(公告)日	2016-03-02
申请人	中兴通讯股份有限公司;			发明人	陈化璋; 刘建利; 安晋元; 崔晓俊;
摘要	本发明提供一种Doherty功放装置，所述装置包括驱动放大电路，功率分配电路，功率合成电路，所述功率分配电路与所述驱动放大电路相连，还包括并联在所述功率分配电路和所述功率合成电路之间的载波放大电路和峰值放大电路；所述载波放大电路包括一条或多条并联的载波放大支路，每条载波放大支路包括多级载波放大装置，所述多级载波放大装置用于实现多级载波放大；所述峰值放大电路包括一条或多条并联的峰值放大支路，每条峰值放大支路包括多级峰值放大装置，所述多级峰值放大装置用于实现多级峰值放大。本发明提供的功放装置，效率高，成本低。
权利要求	1.一种Doherty功放装置，所述装置包括驱动放大电路，功率分配电路，功率合成电路，所述功率分配电路与所述驱动放大电路相连，其特征在于：还包括并联在所述功率分配电路和所述功率合成电路之间的载波放大电路和峰值放大电路；所述载波放大电路包括一条或多条并联的载波放大支路，每条载波放大支路包括多级载波放大装置，所述多级载波放大装置用于实现N2级载波放大；所述多级载波放大装置的M2级载波放大由集成电路实现，其余N2-M2级载波放大由N2-M2个载波放大器实现；所述峰值放大电路包括一条或多条并联的峰值放大支路，每条峰值放大支路包括多级峰值放大装置，所述多级峰值放大装置用于实现N1级峰值放大；所述多级峰值放大装置的M1级峰值放大由集成电路实现，其余N1-M1级峰值放大由N1-M1个峰值放大器实现；通过改变所述集成电路的静态偏置电压来调节放大支路的增益，从而补偿载波放大支路和峰值放大支路的功率分配。 2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多级峰值放大装置还包括与多个峰值放大器中至少一个相连的功率调节装置，用于调节所述峰值放大器的功率。 3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多级载波放大装置还包括与多个载波放大器中至少一个相连的功率调节装置，用于调节所述载波放大器的功率。 4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多级峰值放大装置靠近功率分配电路的前M1级峰值放大由集成电路实现。 5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多级载波放大装置靠近功率分配电路的前M2级载波放大由集成电路实现。 6.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述多级峰值放大装置靠近所述功率合成电路的最后一级峰值放大由峰值放大器实现；所述多级载波放大装置靠近所述功率合成电路的最后一级载波放大由载波放大器实现。 7.如权利要求1至5任一所述的装置，其特征在于，所述多级载波放大装置和所述多级峰值放大装置的级数相同。
说明书全文	一种Doherty功放装置技术领域 [0001] 本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种多级Doherty功放装置。背景技术 [0002] 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(Operating Expense，OPEX)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] Doherty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。到今天，Doherty功放与DPD(Digital Pre-distortion，数字预失真)技术结合应用，成为无线通信系统基站高效率功放主流的构架形式。 [0004] 传统的Doherty功放原理如附图1所示，主要包括驱动放大电路(图1中D1...Dn)、功率分配电路(图1中S)、载波放大器(图1中C，也称为主功放)、峰值放大器(图1中P，也称为辅助功放)、功率合成电路(图1中C’)等。其基本思想是有源负载牵引。载波放大器工作在B类或AB类，峰值放大器工作在C类，二者分别承担不同的输入信号功率，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功放包括三种工作状态：1)小信号区。当输入信号比较小时，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，两个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50Ω负载，输出功率相加。 [0006] 传统的Doherty功放有一个较大的缺点，即在功放大批量生产中由于功放管输入驻波的离散性，影响了功率分配(图中S)电路输出的一致性，使得载波放大支路和峰值放大支路输出功率合成时不匹配，从而造成了整个功放效率和线性指标的降低。部分厂家通过在末级功放的输入增加微波可调电容来解决，不仅增加了功放成本，而且极大地影响了大批量的可生产性。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，必须不断寻求进一步降低功耗、提升效率的方法。发明内容 [0007] 本发明要解决的技术问题是提供一种Doherty功放装置，降低功放功耗，提高功放效率。 [0008] 为了解决上述问题，本发明提供了一种Doherty功放装置，所述装置包括驱动放大电路，功率分配电路，功率合成电路，所述功率分配电路与所述驱动放大电路相连，其中： [0009] 还包括并联在所述功率分配电路和所述功率合成电路之间的载波放大电路和峰值放大电路； [0010] 所述载波放大电路包括一条或多条并联的载波放大支路，每条载波放大支路包括多级载波放大装置，所述多级载波放大装置用于实现多级载波放大； [0011] 所述峰值放大电路包括一条或多条并联的峰值放大支路，每条峰值放大支路包括多级峰值放大装置，所述多级峰值放大装置用于实现多级峰值放大。 [0012] 进一步的，上述功放装置还可具有以下特点，所述多级峰值放大装置包括多个串联的峰值放大器。 [0013] 进一步的，上述功放装置还可具有以下特点，所述多级载波放大装置包括多个串联的载波放大器。 [0014] 进一步的，上述功放装置还可具有以下特点，所述多级峰值放大装置还包括与所述多个峰值放大器中至少一个相连的功率调节装置，用于调节所述峰值放大器的功率。 [0015] 进一步的，上述功放装置还可具有以下特点，所述多级载波放大装置还包括与所述多个载波放大器中至少一个相连的功率调节装置，用于调节所述载波放大器的功率。 [0016] 进一步的，上述功放装置还可具有以下特点，所述多级峰值放大装置用于实现N1级峰值放大，所述多级峰值放大装置的M1级峰值放大由集成电路实现，其余N1-M1级峰值放大由N1-M1个峰值放大器实现。 [0017] 进一步的，上述功放装置还可具有以下特点，所述多级载波放大装置用于实现N2级载波放大，所述多级载波放大装置的M2级载波放大由集成电路实现，其余N2-M2级载波放大由N2-M2个载波放大器实现。 [0018] 进一步的，上述功放装置还可具有以下特点，所述多级峰值放大装置靠近功率分配电路的前M1级峰值放大由集成电路实现。 [0019] 进一步的，上述功放装置还可具有以下特点，所述多级载波放大装置靠近功率分配电路的前M2级载波放大由集成电路实现。 [0020] 进一步的，上述功放装置还可具有以下特点，所述多级峰值放大装置靠近所述功率合成电路的最后一级峰值放大由峰值放大器实现；所述多级载波放大装置靠近所述功率合成电路的最后一级载波放大由载波放大器实现。 [0021] 进一步的，上述功放装置还可具有以下特点，所述多级载波放大装置和所述多级峰值放大装置的级数相同。 [0022] 与现有技术比较，本发明具有以下优点： [0023] 功放批量生产的一致性、可生产性优良。生产一致性一直是制约Doherty功放批量供货的最大瓶颈，目前部分厂家是以牺牲效率和线性指标或者付出昂贵的成本代价来保证大批量供货的，本发明通过调节功放功率，创造性的零成本解决了这一问题； [0024] 效率高。本发明解决了Doherty功放批量生产中功放管输入驻波离散造成的效率和线性降低问题，提高了功放的批量效率； [0025] 成本低。不增加任何额外器件，相比一些厂家增加微波可调电容，甚至增加复杂的射频和数字电路的方案，大幅度降低了功放的产品成本和生产成本； [0026] 体积小。所有的推动级电路可集成在1片集成电路(integrated circuit，IC)内，极大地减小了体积。附图说明 [0027] 图1是传统的Doherty功率放大器框图； [0028] 图2是本发明应用于二路Doherty架构的原理框图； [0029] 图3是本发明应用于多路Doherty架构的原理框图； [0030] 图4是推动级IC MD7IC2250功能框图； [0031] 图5是本发明应用于UMTS 2.1GHz频段85W功放实施实例。具体实施方式 [0032] 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。 [0033] 本发明技术方案的原理是将推动级电路设计到载波放大支路和峰值放大支路中，从而由于推动级效率的提高使得整个功放的效率相应得到提升；更重要的是多路推动级电路使用IC实现，通过改变推动级IC的静态偏置电压，可以大范围的调节多条推动放大支路的增益，从而补偿载波放大支路和峰值放大支路的功率分配，有效地解决了Doherty功放大批量生产中由于功放管输入驻波离散而引起的效率和线性下降问题。 [0034] 本发明提供一种Doherty功放装置，所述装置包括驱动放大电路，功率分配电路，功率合成电路，所述功率分配电路与所述驱动放大电路相连，还包括并联在所述功率分配电路和所述功率合成电路之间的载波放大电路和峰值放大电路，其中： [0035] 所述载波放大电路包括一条或多条并联的载波放大支路，每条载波放大支路包括多级载波放大装置，所述多级载波放大装置用于实现多级载波放大； [0036] 所述峰值放大电路包括一条或多条并联的峰值放大支路，每条峰值放大支路包括多级峰值放大装置，所述多级峰值放大装置用于实现多级峰值放大。 [0037] 其中，所述多级峰值放大装置包括多个串联的峰值放大器。所述多级载波放大装置包括多个串联的载波放大器。 [0038] 其中，所述多级峰值放大装置还包括与所述多个峰值放大器中至少一个相连的功率调节装置，用于调节所述峰值放大器的功率。 [0039] 其中，所述多级载波放大装置还包括与所述多个载波放大器中至少一个相连的功率调节装置，用于调节所述载波放大器的功率。 [0040] 功率调节装置的作用是调节峰值放大器和载波放大器的功率，使得载波放大电路和峰值放大电路的输出匹配。其中，可以为多级峰值放大器和载波放大器中的部分或全部配置功率调节装置，具体可根据需要设定。 [0041] 其中，多级峰值放大装置和多级载波放大装置可以使用集成电路实现其中的一级或多级峰值放大和载波放大。可以使用一个或多个集成电路芯片实现。 [0042] 比如，所述多级峰值放大装置用于实现N1级峰值放大，所述多级峰值放大装置的M1级峰值放大由集成电路实现，其余N1-M1级峰值放大由N1-M1个峰值放大器实现。所述多级载波放大装置用于实现N2级载波放大，所述多级载波放大装置的M2级载波放大由集成电路实现，其余N2-M2级载波放大由N2-M2个载波放大器实现。 [0043] 其中，所述多级峰值放大装置靠近功率分配电路的前M1级峰值放大由集成电路实现。其中，所述多级载波放大装置靠近功率分配电路的前M2级载波放大由集成电路实现。当然，也可以是N1级峰值放大的中间的M1级峰值放大由集成电路实现，N2级载波放大的中间的M2级载波放大由集成电路实现。 [0044] 由于集成电路功率的关系，集成电路功率无法满足实际需求时，所述多级峰值放大装置靠近所述功率合成电路的最后一级峰值放大通常由峰值放大器实现；所述多级载波放大装置靠近所述功率合成电路的最后一级载波放大由载波放大器实现。 [0045] 所述多级载波放大装置和所述多级峰值放大装置的级数可以相同，也可以不同。 [0046] 下面通过具体实施例进一步说明本发明。 [0047] 实施例1 [0048] 本发明应用于二路Doherty架构的技术方案如图2所示。图2中Pin为输入信号端口；D为驱动放大电路；S为功率分配电路，C1至Cn构成多级Doherty功放的载波放大支路，P1至Pn构成多级Doherty功放的峰值放大支路，C’为功率合成电路。 [0049] 当输入信号小的时候，整个峰值放大支路处于关断状态，整个载波放大支路工作在最大效率匹配的AB类状态；当输入信号增大到一定程度，载波放大支路逐渐由放大区向饱和区过渡，峰值放大支路逐渐由截止区向放大区过渡；随着输入信号的不断增大，整个载波放大支路和峰值放大支路最终都工作于饱和状态。 [0050] 图2中，C1至Cn，P1至Pn可以直接使用峰值放大器和载波放大器串联实现，并为C1至Cn，P1至Pn中若干个峰值放大器、载波放大器配置功率调节装置，也可以使用芯片实现多级峰值放大和载波放大。C2...Cn与P2...Pn可以由一片IC实现，C1由载波放大器实现，P1由峰值放大器实现。当然，也可以C2...Cn由一片IC实现，P2...Pn由一片IC实现。也可以Cn1至Cn2由IC芯片实现，其余由峰值放大器实现，n1大于等于1，n2小于等于n，P1至Pn类似。如果IC芯片功率满足实际需要，也可以C1至Cn，P1至Pn全部由IC芯片实现。 [0051] 传统的单级Doherty功放相比AB类功放提高了末级放大器的效率，本发明不仅使用多级Doherty功放又提高了推动级放大器的效率，而且创造性的通过改变推动级IC的静态偏置电压(C2...Cn及P2...Pn的VGS)，大范围的调节2条支路的功率分配，既不增加成本，又高效地解决了Doherty功放大批量生产中由于功放管离散而引起的效率和线性下降问题。 [0052] 实施例2 [0053] 本发明应用于多路Doherty架构的技术方案如附图3所示。图中Pin为输入信号端口；D为驱动放大电路；S为功率分配电路；C11...C1n至Cn1...Cnn构成多级Doherty功放的第一条至第n条载波放大支路；P11...P1n至Pn1...Pnn构成多级Doherty功放的第一条至第n条峰值放大支路；C’为功率合成电路。其性能改善的原理与2路多级Doherty架构类似。 [0054] 本发明中的所有推动级放大器可以设计在一片IC(集成电路)内，在功放的性能指标及可生产性等方面体现出非凡的优点。 [0055] 下面给出应用本发明功放的实施例。 [0056] 某UMT S(Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统)功放主要技术要求如下：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(邻信道功率比(Adjacent Channel PowerRatio，ACPR)、频谱辐射模板(Spectrum emission mask，SEM)带外寄生(Out of Band Spurious)等)满足标准协议要求。 [0057] 应用本发明完成整个功放研发的过程主要包括以下步骤： [0058] 步骤A，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路多级Doherty架构形式(如附图2架构)。 [0059] 步骤B，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(Peak-to-Average Ratio，峰均比)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。 [0060] 步骤C，选定IC器件。考虑各方面要求，选定Freescale公司的MD7IC2250作为推动IC器件。该IC功能框图如附图4所示。内部由2条放大电路组成，每条放大电路由2级构成，调节每级放大器的静态偏置电压(即栅极偏置电压，VGS1A、VGS2A、VGS1B、VGS1B)可改变其增益，从而达到大范围、灵活调整2条支路输出功率的目的。 [0061] 步骤D，选定驱动放大电路(D)、温度补偿、环行器等其余电路器件 [0062] 步骤E，完成整个功放的原理图、PCB设计。 [0063] 步骤F，完成整个功放的调试及测试。 [0064] 应用本发明设计完成的UMTS 2.1GHz频段85W功放如附图5所示。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。 [0065] 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，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。 [0066] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实现方式举例，本装置可广泛的应用于各种Doherty功率放大器的设计中。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。本发明的保护范围以权利要求的保护范围为准。

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