一种发射机及其增益补偿方法

摘要

本发明公开了一种发射机的增益补偿方法，涉及电子技术，解决了目前针对发射机的增益补偿方法精度较差的技术问题。对发射机的增益温升特征进行分析，获取可编程增益补偿参数At；将所述可编程增益补偿参数At与中频增益控制参数Aif相结合后，对中频增益GIF进行补偿。本发明还公开了一种发射机。本发明实现方案简单，可以获得更精确的发射机温度增益补偿。

权利要求

1.一种发射机的增益补偿方法，其特征在于，对发射机的增益温升特征进行分析，获取可编程增益补偿参数At；将所述可编程增益补偿参数At与中频增益控制参数Aif相结合后，对中频增益GIF进行补偿；

其中，对所述增益温升特征进行分析，具体包括，

通过温升功率差异最小化分析法，对所述发射机的温升功率特性进行分析，以获取温度增益补偿系数Kt；

根据所述发射机的实时温升与温度增益补偿系数Kt之间的乘积关系，得到可编程增益补偿参数At；

所述温升功率差异最小化分析法，具体包括，

预设温度增益补偿系数曲线，同时设定一标准工作温度T0，并获取所述发射机的输出功率P0；

依次从所述温度增益补偿系数曲线中选取温度增益补偿系数Kt，同时预设所述发射机的最低工作温度TMIN及其最高工作温度TMAX，并测试出所述最低工作温度TMIN对应的发射机输出功率PMIN，计算所述的发射机输出功率PMIN与输出功率P0之间的功率差值；确定温度测试步进TSTEP；根据所述温度测试步进TSTEP，测试所述温度增益补偿系数Kt在发射机不同的工作温度T时其输出功率PT的变化；计算所有所述的输出功率PT与输出功率P0之间的功率差值ΔP；在所述发射机的工作温度T大于或等于最高工作温度TMAX时，计算所述增益补偿系数配置下的所有所述的输出功率PT与输出功率P0之间的功率差值ΔP的最大值ΔPMAX；

若完成所述温度增益补偿系数曲线中所有温度增益补偿系数Kt的测试，则选取所有功率差值ΔP的最大值ΔPMAX中的最小值所对应的温度增益补偿系数Kt作为发射机的增益补偿系数Kt。

2.根据权利要求1所述的一种发射机的增益补偿方法，其特征在于，所述发射机的工作温度T通过温度传感器进行监测。

3.根据权利要求1所述的一种发射机的增益补偿方法，其特征在于，所述功率差值ΔP为输出功率PT与输出功率P0差值的绝对值。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种发射机的增益补偿方法，其特征在于，测试所述发射机在不同工作温度T下的输出功率PT时，所述发射机的输入信号及其输出负载均为相同的固定值。

5.根据权利要求1所述的一种发射机的增益补偿方法，其特征在于，在所述可编程增益补偿参数At中引入一初始可编程增益补偿参数At0，共同用于对所述中频增益GIF进行补偿。

6.一种发射机，包括中频放大器(11)、上变频器(12)、射频放大器(13)、本振产生单元(14)和发射增益控制单元(15)；其特征在于，还包括可编程增益补偿单元(17)和加法器(18)；

所述可编程增益补偿单元(17)通过加法器(18)与中频放大器(11)连接，且所述可编程增益补偿单元(17)应用如权利要求1‑5任一项所述的增益补偿方法，获取可编程增益补偿参数At；

所述加法器(18)将所述可编程增益补偿参数At与发射增益控制单元(15)产生的中频增益控制参数Aif相结合后，对中频增益GIF进行补偿。

7.根据权利要求6所述的一种发射机，其特征在于，所述发射机还包括温度传感器(16)，所述温度传感器(16)与可编程增益补偿单元(17)连接，用于采集所述发射机的工作温度T。

说明书

一种发射机及其增益补偿方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电子技术，更具体地说，它涉及一种发射机及其增益补偿方法。

背景技术

[0002] 发射机的射频放大器处理的信号频率高，通常无法采用运算放大器闭环的方式进行增益控制，而工作在开环模式下射频放大器的增益会受到制造工艺、供电电压和温度变化的影响。

[0003] 如图1所示为传统增益可变的直接上变频发射机，一般包括中频放大器11、上变频器12、射频放大器13、本振产生单元14和发射增益控制单元15五个部分。

[0004] 其中，中频放大器11至少由运算放大器OPAMP、输入电阻RIN和可变的反馈电阻RB组成，用于对频率相对较低的输入信号VIN进行放大，输出信号VIF给上变频器。当运算放大器OPAMP的增益A(s)足够大时，中频放大器的放大倍数，即中频增益GIF近似为：

[0005]

[0006] 在芯片中，通过版图的电阻匹配设计，可以得一个精确度很高的中频增益GIF，而且由于是电阻参数的比值，增益几乎不受温度影响。另外，通过对反馈电路RB的控制，以及发射增益控制单元15产生的中频增益控制参数Aif对中频增益GIF的补偿，可变中频放大器11的增益步进不难控制在0.5dB以内。

[0007] 中频放大器11放大后的输出信号VIF经与本振产生单元产生的VLO混频，上变频后得到一个射频信号VRF。假设上变频器12的上变频增益为GMIX，那么：

[0008] VRF＝GMIX·VIF。

[0009] 射频信号VRF通过射频放大器13进行放大，实现一定功率的射频信号VOUT输出。假设射频放大器13的射频增益为GRF，那么发射机的输出电压幅度为：

[0010] VOUT＝GRF·VRF＝GIF·GMIX·GRF·VIN。

[0011] 工作在较高频率的上变频器12和射频放大器13一般是在开环模式下工作，其上变频增益GMIX和射频增益GRF与电路实现的结构有关。但往往都容易受到器件制造工艺、供电电压和工作温度的影响，导致无法实现如版图上设计的精确的射频放大器13的增益和增益步进控制。在没有温度补偿的情况下，受器件的温度特性影响，当温度升高时上变频增益GMIX和射频增益GRF会减小；反之，当温度降低时上变频增益GMIX和射频增益GRF就会增大。

[0012] 由于射频放大器13工作时的环境温度在使用过程中可能存在极大的差异和变化，导致增益无法得到有效控制，从而影响发射机输出信号的功率。为了减少温度变化对发射机增益的影响，发射机的增益需要根据温度进行补偿。当前已有相关公开资料提出射频放大器温补的方法。

[0013] 如授权公开号为CN103051292B的“射频发射机、其增益补偿电路及方法”。其中提出利用带隙基准电压模块产生的温度系数控制电压对发射射频可变增益放大器进行控制，温度变化时进行增益补偿。然而，这种方案仅能简单补偿，且补偿的增益精度有限，如公开文献中公开了精度仅2dB，而且当温度升高时提高控制电压会明显增加射频放大器的功耗。

[0014] 又如授权公开号为CN1186575A的“温度补偿自动增益控制”。其中提出通过温度传感器获得温度信息，再依据温度信息对放大器增益进行控制。但该公开文献中的温度补偿仅作为自动增益控制的补充，避免高温时无线电功率超出功率限制值，且方案中提高通信标准允许有+2dB和‑4dB的变动，并非在各种温度下实现功率的精确控制。

[0015] 总的来说，目前已有的方案中，有些仅通过器件的温度特性进行有限补偿，有些因为射频增益难以精确控制导致增益补偿精度较差，有些则依赖复杂的数字控制难以在缺乏信号处理模块的射频芯片上实现。

发明内容

[0016] 本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种发射机及其增益补偿方法，可以获得更精确的发射机温度增益补偿。

[0017] 本发明所述的一种发射机的增益补偿方法，对发射机的增益温升特征进行分析，获取可编程增益补偿参数At；将所述可编程增益补偿参数At与中频增益控制参数Aif相结合后，对中频增益GIF进行补偿。

[0018] 对所述增益温升特征进行分析，具体包括，

[0019] 通过温升功率差异最小化分析法，对所述发射机的温升功率特性进行分析，以获取温度增益补偿系数Kt；

[0020] 根据所述发射机的实时温升与温度增益补偿系数Kt之间的乘积关系，得到可编程增益补偿参数At。

[0021] 所述温升功率差异最小化分析法，具体包括，

[0022] 预设温度增益补偿系数曲线，同时设定一标准工作温度T0，并获取所述发射机的输出功率P0；

[0023] 依次从所述温度增益补偿系数曲线中选取温度增益补偿系数Kt，同时预设所述发射机的最低工作温度TMIN及其最高工作温度TMAX，并测试出所述最低工作温度TMIN对应的发射机输出功率PMIN，计算所述的发射机输出功率PMIN与输出功率P0之间的功率差值；确定温度测试步进TSTEP；根据所述温度测试步进TSTEP，测试所述温度增益补偿系数Kt在发射机不同的工作温度T时其输出功率PT的变化；计算所有所述的输出功率PT与输出功率P0之间的功率差值ΔP；在所述发射机的工作温度T大于或等于最高工作温度TMAX时，计算所有所述的输出功率PT与输出功率P0之间功率差值ΔP的最大值ΔPMAX；

[0024] 若完成所述温度增益补偿系数曲线中所有温度增益补偿系数Kt的测试，则选取所有功率差值ΔP的最大值ΔPMAX中的最小值所对应的温度增益补偿系数Kt作为发射机的增益补偿系数Kt。

[0025] 所述发射机的工作温度T通过温度传感器进行监测。

[0026] 所述功率差值ΔP为输出功率PT与输出功率P0差值的绝对值。

[0027] 其特征在于，测试所述发射机在不同工作温度T下的输出功率PT时，所述发射机的输入信号及其输出负载均为相同的固定值。

[0028] 在所述可编程增益补偿参数At中引入一初始可编程增益补偿参数At0，共同用于对所述中频增益GIF进行补偿。

[0029] 一种发射机，包括中频放大器、上变频器、射频放大器、本振产生单元和发射增益控制单元；还包括可编程增益补偿单元和加法器；

[0030] 所述可编程增益补偿单元通过加法器与中频放大器连接，且所述可编程增益补偿单元应用所述的增益补偿方法，获取可编程增益补偿参数At；

[0031] 所述加法器将所述可编程增益补偿参数At与发射增益控制单元产生的中频增益控制参数Aif相结合后，对中频增益GIF进行补偿。

[0032] 所述发射机还包括温度传感器，所述温度传感器与可编程增益补偿单元连接，用于采集所述发射机的工作温度T。

[0033] 有益效果

[0034] 本发明的优点在于：

[0035] 1、相比传统温度增益补偿方法，本发明巧妙地利用了中频放大器工作在闭环模式下增益步进精度高的优点，在中频放大器上实现对发射机的增益补偿。相比直接在发射射频放大器上进行增益补偿，本发明的增益补偿方式减少了对发射机功耗的影响，且获得了更精确的发射机温度增益补偿效果。

[0036] 2、相对传统温度增益补偿方法，本发明除了能对器件温度特性引起的增益变化进行增益补偿外，也可以对芯片的工艺制造和供电电压变化等因素引起随温度变化的增益进行温度增益补偿，还可以对多个芯片组成的发射机进行增益补偿，从而获得更准确、更广泛应用的增益补偿效果。

[0037] 3、本发明实现方案简单，只需在传统的发射机电路增加一个温度传感器、一个可编程增益补偿系数单元和一个加法器，成本低且易于实现。

附图说明

[0038] 图1为传统的发射机电路结构示意图；

[0039] 图2为本发明的发射机电路结构示意图；

[0040] 图3为本发明的温度增益补偿系数选择方法流程图；

[0041] 图4为本发明的温度增益补偿曲线示意图；

[0042] 图5为本发明的发射机扩展应用方案的电路结构示意图。

[0043] 其中：11‑中频放大器、12‑上变频器、13‑射频放大器、14‑本振产生单元、15‑发射增益控制单元、16‑温度传感器、17‑可编程增益补偿单元、18‑加法器。

具体实施方式

[0044] 下面结合实施例，对本发明作进一步的描述，但不构成对本发明的任何限制，任何人在本发明权利要求范围所做的有限次的修改，仍在本发明的权利要求范围内。

[0045] 参阅图2‑图4，本发明的一种发射机的增益补偿方法，首先对发射机的增益温升特征进行分析，获取可编程增益补偿参数At。

[0046] 本实施例中，对发射机的增益温升特征进行分析，获取可编程增益补偿参数At，具体包括以下步骤，

[0047] 步骤一、通过温升功率差异最小化分析法，对发射机的温升功率特性进行分析，以获取温度增益补偿系数Kt。所获取的温度增益补偿系数Kt可以用来调节温度变化时发射增益补偿量的大小，可以满足发射机增益的不同补偿需求。

[0048] 如图3所示，温升功率差异最小化分析法，具体包括以下步骤，

[0049] 第一步、预设温度增益补偿系数曲线，同时设定一标准工作温度T0，并获取发射机的输出功率P0。

[0050] 其中，温度增益补偿系数曲线可根据整个发射机(含中频放大器11、上变频器12和射频放大器13)的增益温度特性进行设定。如图4所示，预设了一系列可编程的随温度变化的温度增益补偿系数曲线，如Kt0、Kt1、Kt2、Kt3等。

[0051] 需要说明的是，为确保测试的统一性，测试发射机在不同工作温度T下的输出功率PT时，发射机的输入信号及其输出负载均为相同的固定值。

[0052] 第二步、依次从温度增益补偿系数曲线中选取温度增益补偿系数Kt，并测试温度增益补偿系数Kt在发射机不同的工作温度T时其输出功率PT的变化。

[0053] 在该步骤中，首先预设发射机的最低工作温度TMIN及其最高工作温度TMAX，并确定温度测试步进TSTEP。在测试时，根据温度测试步进TSTEP，依次测试发射机在相应工作温度时的输出功率PT。而且，发射机在最低工作温度TMIN及其最高工作温度TMAX时的输出功率也需进行测试。

[0054] 计算所有的输出功率PT与输出功率P0之间的功率差值ΔP。其中，功率差值ΔP取输出功率PT与输出功率P0差值的绝对值。在发射机的工作温度T大于或等于最高工作温度TMAX时，计算所有的输出功率PT与输出功率P0之间功率差值ΔP最大值ΔPMAX。第三步、若完成所述温度增益补偿系数曲线中所有温度增益补偿系数Kt的测试，则选取所有功率差值ΔP的最大值ΔPMAX中的最小值所对应的温度增益补偿系数Kt作为发射机的温度增益补偿系数Kt。

[0055] 通过上述步骤，实现了温度增益补偿系数Kt的获取。

[0056] 步骤二、根据发射机的实时温升与温度增益补偿系数Kt之间的乘积关系，得到可编程增益补偿参数At。并且，在可编程增益补偿参数At中引入一初始可编程增益补偿参数At0，共同用于对中频增益GIF进行补偿。因此本实施例的可编程增益补偿参数At可通过公式表示：At＝At0+Kt×(T‑T0)。

[0057] 一般来说，在发射机工作在初始工作温度T0时，发射机无需额外的增压补偿，因此，可进一步优化，将初始可编程增益补偿参数At0设为0。此时，At＝Kt×(T‑T0)。

[0058] 在获取可编程增益补偿参数At后，将可编程增益补偿参数At与中频增益控制参数Aif相结合，得到中频放大器增益补偿参数Aift。通过中频放大器增益补偿参数Aift对中频增益GIF进行补偿。

[0059] 即本发明的发射机，中频放大器11的中频增益GIF受中频放大器增益补偿参数Aift控制实施中，可以通过测试发射机增益的温度特性，选择一个温度增益补偿系数Kt。当温度变化时产生一个Kt×(T‑T0)的增益补偿参数，即可编程增益补偿参数At。该参数将调整中频放大器11的中频增益GIF。中频放大器11的中频增益GIF受中频放大器增益补偿参数Aift控制，而中频放大器增益补偿参数Aift为发射增益控制单元15的中频增益控制参数Aif和可编程增益补偿参数At的求和结果。

[0060] 在发射机工作时，当工作温度为标准工作温度T0时，发射机增益补偿值为0。即此时的发射机增益为无任何增益补偿。中频放大器增益补偿参数Aift为中频增益控制参数Aif。当工作温度T不等于标准工作温度T0时，可编程增益补偿参数At不等于0，此时中频放大器增益补偿参数Aift为：Aift＝Aif+At＝Aif+Kt×(T‑T0)。可编程增益补偿参数At是与工作温度T成正相关的增益补偿系数，引入可编程增益补偿参数At实现了对发射机受温度影响的增益进行补偿。

[0061] 发射机增益随温度变化最大的电路是工作在开环模式下的射频放大器13和上变频器12。但本发明的增益补偿不是直接在射频放大器13和上变频器12上实现的。而是在传统的发射机架构的基础上，通过对发射机的增益温升特征分析，将可编程增益补偿参数At与中频增益控制参数Aif结合起来，对中频放大器11的增益在各种温度下进行增益补偿。巧妙地利用了中频放大器11工作在闭环模式下增益步进精度高的优点，在中频放大器11上实现对发射机的增益补偿，因此可以获得更精确的发射机温度增益补偿。

[0062] 此外，本发明的发射机增益补偿方法，不仅适用于单芯片的发射机方案，还可以拓展为多芯片组成的发射机。如图5所示，为实现在发射射频芯片上的温度增益补偿。在测试中只要将功放输出PAOUT作为最后的发射机输出功率，根据如图3所示的方法选择温度增益补偿系数Kt，就可以同时对发射射频芯片和功放芯片的增益在工作温度范围内进行增益补偿。

[0063] 一种发射机，包括中频放大器11、上变频器12、射频放大器13、本振产生单元14和发射增益控制单元15；还包括可编程增益补偿单元17和加法器18。

[0064] 可编程增益补偿单元17通过加法器18与中频放大器11连接，且可编程增益补偿单元17应用上述的增益补偿方法，获取可编程增益补偿参数At。

[0065] 加法器18将可编程增益补偿参数At与发射增益控制单元15产生的中频增益控制参数Aif相结合后，对中频增益GIF进行补偿。

[0066] 本实施例的发射机还包括温度传感器16，温度传感器16与可编程增益补偿单元17连接，用于采集发射机的工作温度T。

[0067] 本发明实现方案简单，只需在传统的发射机电路增加一个温度传感器、一个可编程增益补偿系数单元和一个加法器即可。

[0068] 本发明的工作原理为：发射机的中频放大器11的中频增益为GIF、上变频器12的上变频增益为GMIX和射频放大器13的射频增益为GRF。不失一般性地，假定中频增益GIF和射频增益GRF为可控制增益，受发射增益控制单元15的输出参数中频增益控制参数Aif和射频放大器增益控制参数Arf控制，假定上变频增益GMIX为不可控增益，如图2所示。假定中频增益GIF不随温度变化，温度变化时，上变频增益为GMIX1和射频增益为GRF1。发射机增益补偿的流程如下。

[0069] 在常温工作温度下，根据输入信号VIN的大小和输出功率PT的要求，设置中频放大器11增益为GIF0，上变频器12增益为GMIX0，射频放大器13增益为GRF0，整体增益为：

[0070] GTX0＝GIF0+GMIX0+GRF0。

[0071] 此时的发射机工作温度为初始工作稳定T0，即常温工作温度，可编程增益补偿参数At为0。

[0072] 当温度变化为△T时，中频放大器增益补偿参数Aift和射频放大器增益控制参数Arf变化，此时发射增益为：

[0073] GTX2＝GIF0+GMIX1+GRF1。

[0074] 温度传感器16检测到变化后，即发射机的工作温度T＝T0+△T，可编程增益补偿参数At为：

[0075] At＝At0+Kt×(T‑T0)。

[0076] 当At0＝0时，简化为：

[0077] At＝Kt×(T‑T0)。

[0078] 此时，中频放大器增益补偿参数Aift为：

[0079] Aift＝Aif+At＝Aif+Kt×(T‑T0)。

[0080] 实际控制中，通常中频增益GIF是一个离散化的增益值。假设中频放大器增益补偿参数Aift的增益步进为GSTEP，那么理想的增益控制误差不大于GSTEP/2。受益于中频放大器11可实现高精度的增益控制，相对传统温度补偿方法本发明可以获得更精确的发射机温度增益补偿。

[0081] 发射机增益受制造工艺、供电电压和温度变化。但是，当发射机的芯片完成制造，并应用到具体产品中时，制造工艺和供电电压是一个确定的参数。因此，需要改变发射机的增益时，本发明只需根据实际发射机应用需求，对温度增益补偿系数Kt进行设置，即可能够对发射机增益进行补偿。相对传统温度增益补偿方法，本发明还可以对发射机的温度变化之外工艺制造和供电电压引起的温度增益补偿系数进行校准，从而获得更准确的增益补偿效果。

[0082] 以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。