высокоэффективный усилитель мощности с параллельными каскадами

Формула изобретения

1. Усилительная схема, предназначенная для выработки усиленного сигнала в ответ на входной сигнал, содержащая множество усилительных каскадов для усиления входного сигнала, причем каждый из множества усилительных каскадов имеет вход усилительного каскада для подачи входного сигнала и выход усилительного каскада для выдачи усиленного сигнала, и схему управления, предназначенную для выбора по меньшей мере одного усилительного каскада из упомянутого множества усилительных каскадов в соответствии с уровнем мощности упомянутого усиленного сигнала, отличающаяся тем, что дополнительно содержит входную схему, имеющую вход для подачи входного сигнала и множество выходов, каждый из которых связан с одним из входов упомянутых усилительных каскадов, причем упомянутая входная схема обеспечивает подачу входного сигнала на выбранный по меньшей мере один усилительный каскад из множества усилительных каскадов, и выходную схему, связанную с каждым из выходов упомянутых усилительных каскадов, предназначенную для выдачи усиленного сигнала с упомянутого выбранного по меньшей мере одного усилительного каскада из множества усилительных каскадов в выходную точку выходной схемы, причем упомянутая схема управления формирует сигнал регулировки усиления в ответ на упомянутый уровень мощности усиленного сигнала, при этом упомянутая входная схема содержит входную схему деления, обеспечивающую деление входного сигнала на множество составляющих входного сигнала с предварительно определенной фазой, и множество элементов регулировки усиления, причем каждый из множества элементов регулировки усиления имеет вход регулировки усиления, связанный с упомянутой входной схемой деления, для приема соответствующей одной из множества составляющих входного сигнала, кроме того, каждый из множества элементов регулировки усиления имеет выход регулировки усиления, связанный с соответствующим одним из входов усилительных каскадов, при этом каждый из множества элементов регулировки усиления предназначен для регулировки соответствующего уровня мощности соответствующей одной из множества составляющих входного сигнала в ответ на упомянутый сигнал регулировки усиления, а выходная схема содержит выходную схему объединения для объединения упомянутого множества составляющих входного сигнала с предварительно определенной фазой в объединенный усиленный сигнал.

2. Усилительная схема по п.1, отличающаяся тем, что упомянутое множество усилительных каскадов содержит усилитель низкого уровня мощности для приема входного сигнала и выработки сигнала усилителя низкого уровня мощности и усилитель высокого уровня мощности, связанный с упомянутым усилителем низкого уровня мощности для приема и усиления сигнала усилителя низкого уровня мощности.

3. Усилительная схема, предназначенная для выработки усиленного сигнала в ответ на входной сигнал, содержащая множество усилительных каскадов для усиления входного сигнала, причем каждый из множества усилительных каскадов имеет вход усилительного каскада для подачи входного сигнала и выход усилительного каскада для выдачи усиленного сигнала, и схему управления, связанную с указанным множеством усилительных каскадов, предназначенную для выбора по меньшей мере одного усилительного каскада из упомянутого множества усилительных каскадов в соответствии с уровнем мощности упомянутого усиленного сигнала, отличающаяся тем, что дополнительно содержит множество транзисторов, причем каждый из множества транзисторов имеет вход транзистора, связанный с соответствующим одним из выходов усилительных каскадов, и имеет выход транзистора, причем каждый из упомянутого множества транзисторов селективно активизируется посредством упомянутого одного из упомянутых усилительных каскадов, и схему согласования мощности, имеющую вход согласования мощности, связанный с каждым из выходов транзисторов, и имеющую выход согласования мощности, связанный с выходной точкой, при этом упомянутая схема согласования мощности предназначена для подачи усиленного сигнала в упомянутую выходную точку.

4. Усилительная схема передатчика радиотелефона сотовой системы связи, в которой множество пользователей используют радиотелефоны для передачи информационных сигналов друг другу посредством по меньшей мере одной базовой станции, использующей сигналы связи с расширенным спектром режима множественного доступа с кодовым разделением каналов (МДКР), причем упомянутая усилительная схема размещена в радиотелефоне и предназначена для выдачи усиленного сигнала МДКР в ответ на входной сигнал МДКР, содержащая множество усилительных каскадов для усиления указанного входного сигнала МДКР, причем каждый из множества усилительных каскадов имеет вход усилительного каскада и выход усилительного каскада, схему управления, предназначенную для выбора по меньшей мере одного усилительного каскада из упомянутого множества усилительных каскадов в соответствии с уровнем мощности упомянутого усиленного сигнала МДКР, отличающаяся тем, что дополнительно содержит входную схему, связанную с каждым из входов усилительных каскадов упомянутого множества усилительных каскадов, для обеспечения подачи упомянутого входного сигнала МДКР на выбранный по меньшей мере один усилительный каскад из множества усилительных каскадов, выходную схему, связанную с каждым из выходов усилительных каскадов упомянутого множества усилительных каскадов, для выдачи упомянутого усиленного сигнала МДКР в выходную точку выходной схемы, причем упомянутый входной сигнал содержит последовательность кодовых символов, а указанная схема управления связана с упомянутыми входной схемой и выходной схемой и обеспечивает идентификацию переходов между кодовыми символами и разрешение указанной входной схеме подать входной сигнал на другой выбранный по меньшей мере один усилительный каскад из множества усилительных каскадов только в моменты переходов между кодовыми символами.

5. Усилительная схема по п.4, отличающаяся тем, что упомянутая схема управления содержит цепь регулировки усиления для управления настройкой усиления усилителя высокого уровня мощности.

6. Способ выработки усиленного сигнала в ответ на входной сигнал в усилительной схеме, содержащей множество усилительных каскадов, включающий этапы, при которых осуществляют деление упомянутого входного сигнала на множество составляющих входного сигнала с предварительно определенной фазой, регулировку соответствующего значения мощности каждой составляющей из упомянутого множества составляющих входного сигнала в соответствии со значением мощности упомянутого усиленного сигнала, подачу множества составляющих входного сигнала на упомянутое множество усилительных каскадов, усиление множества составляющих входного сигнала в упомянутом множестве усилительных каскадов для формирования множества усиленных составляющих сигнала, объединение множества усиленных составляющих сигнала для формирования упомянутого усиленного сигнала и выдачу усиленного сигнала в выходную точку.

7. Усилительная схема, предназначенная для выработки усиленного сигнала в ответ на входной сигнал, содержащая множество усилительных каскадов для усиления входного сигнала, причем каждый из множества усилительных каскадов имеет вход усилительного каскада для подачи входного сигнала и выход усилительного каскада для выдачи усиленного сигнала, схему управления, связанную с указанным множеством усилительных каскадов, предназначенную для селективной выдачи смещения постоянного тока на каждый один из упомянутых входов усилительных каскадов, и средство, связанное с каждым из входов усилительных каскадов, для развязки упомянутого смещения постоянного тока от других усилительных каскадов из указанного множества усилительных каскадов.

8. Усилительная схема по п.7, отличающаяся тем, что содержит входную схему, имеющую вход для подачи упомянутого входного сигнала и множество выходов, каждый из которых связан с одним из входов упомянутых усилительных каскадов, причем упомянутая входная схема обеспечивает подачу входного сигнала на каждый из множества усилительных каскадов, и выходную схему, связанную с каждым из выходов упомянутых усилительных каскадов, предназначенную для выдачи упомянутого усиленного сигнала с упомянутого выбранного по меньшей мере одного усилительного каскада из множества усилительных каскадов в выходную точку выходной схемы.

9. Усилительная схема по п.8, отличающаяся тем, что упомянутое средство для развязки содержит множество конденсаторов, каждый из которых имеет вход для подачи входного сигнала и выход, связанный с соответствующим одним из входов упомянутых усилительных каскадов.

10. Усилительная схема по п.9, отличающаяся тем, что по меньшей мере один усилительный каскад из упомянутого множества усилительных каскадов представляет собой полевой транзистор.

11. Усилительная схема по п.9, отличающаяся тем, что по меньшей мере один усилительный каскад из упомянутого множества усилительных каскадов представляет собой биполярный плоскостной транзистор.

12. Способ выработки усиленного сигнала в ответ на входной сигнал в усилительной схеме, содержащей множество усилительных каскадов, включающий этапы, при которых осуществляют подачу входного сигнала на каждый из упомянутого множества усилительных каскадов, подачу сигнала смещения постоянного тока на выбранный один усилительный каскад из упомянутого множества усилительных каскадов, развязку сигнала смещения постоянного тока от всех усилительных каскадов, кроме выбранного одного из упомянутого множества усилительных каскадов, усиление указанного входного сигнала в выбранном одном усилительном каскаде из упомянутого множества усилительных каскадов для выработки усиленного сигнала и выдачу усиленного сигнала в выходную точку.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Настоящее изобретение относится к усилителям сигналов. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способам и устройствам для обеспечения высокоэффективного линейного усиления сигналов в широком динамическом диапазоне с использованием множества параллельных усилительных каскадов.

Предшествующий уровень техники

Известно использование методов модуляции режима множественного доступа с кодовым разделением каналов (МДКР) для обеспечения связи с большим количеством пользователей системы связи. Хотя известны и другие методы, такие как множественный доступ с временным разделением каналов (МДВР), множественный доступ с частотным разделением каналов (МДЧР), различные схемы амплитудной модуляции, такие как с использованием одной боковой полосы с амплитудным компандированием, однако метод МДКР обеспечивает существенные преимущества по сравнению с указанными известными методами. Использование методов МДКР в системе связи множественного доступа описано в патенте США N 4901307 на "Систему связи множественного доступа с расширенным спектром, использующую спутниковые или наземные ретрансляторы", переуступленном правопреемнику настоящего изобретения.

В указанном патенте рассмотрен метод множественного доступа, при котором большое количество пользователей мобильной телефонной системы, снабженных приемопередатчиками, осуществляют информационный обмен через спутниковые ретрансляторы или наземные базовые станции с использованием сигналов связи с расширенным спектром режима МДКР. При использовании режима МДКР частотный спектр может использоваться многократно, что позволяет увеличить пропускную способность системы для пользователей. Использование МДКР приводит к существенному увеличению спектральной эффективности по сравнению с тем, что имеет место при использовании других методов множественного доступа. В системе МДКР увеличение пропускной способности системы может быть реализовано путем управления передаваемой мощностью портативных устройств пользователей, чтобы снизить взаимные помехи другим пользователям системы.

В наземной сотовой системе связи режима МДКР весьма желательно максимизировать пропускную способность в смысле числа одновременно действующих каналов связи, которые могут поддерживаться в пределах заданной полосы системы. Пропускная способность системы может быть максимизирована, если передаваемая мощность каждого портативного устройства управляется так, чтобы передаваемый сигнал поступал в приемник базовой станции с минимальным отношением сигнал/шумовая помеха, которое обеспечивает приемлемое восстановление данных. Если сигнал, передаваемый портативным устройством, поступает в приемник базовой станции со слишком низким уровнем мощности, то частота ошибок в битах может оказаться слишком высокой для того, чтобы обеспечить высокое качество связи. Если, с другой стороны, канал связи устанавливается путем настройки передаваемого сигнала мобильного устройства так, что он приходит в приемник базовой станции со слишком высоким уровнем мощности, то будут иметь место взаимные помехи передаваемым сигналам других мобильных устройств, которые совместно используют тот же самый канал, т.е. полосу частот. Такие взаимные помехи могут отрицательно влиять на связь с другими портативными устройствами и даже приводить к сокращению числа портативных устройств, осуществляющих связь.

Сигналы, принимаемые от каждого портативного устройства в базовой станции, измеряются, и результаты измерения сравниваются с желательным уровнем мощности. Основываясь на этом сравнении, базовая станция определяет отклонение в уровне принимаемой мощности от того, который необходим для поддержания требуемых каналов связи. Предпочтительно, желательный уровень мощности определяется как минимальный уровень мощности, необходимый для поддержания качества канала связи так, чтобы обеспечить снижение взаимных помех в системе.

Базовая станция затем передает сигнал команды управления мощностью каждому пользователю системы так, чтобы осуществить регулировку или "точную настройку" передаваемой мощности портативного устройства. Этот сигнал команды используется портативным устройством для изменения уровня передаваемой мощности ближе к уровню, требуемому для обеспечения связи в обратной линии связи от портативного устройства к базовой станции. Поскольку условия распространения сигналов в канале меняются, в типовом случае из-за перемещения портативного устройства, то измерение принимаемой мощности от портативного устройства и управляющая обратная связь от базовой станции обеспечивают непрерывную подстройку уровня передаваемой мощности, чтобы поддерживать надлежащий уровень мощности.

Использование подобных методов управления мощностью требует, чтобы передатчик портативного устройства обеспечивал линейный режим работы в относительно широком динамическом диапазоне. Поскольку существующие портативные устройства используют автономное питание от батарей, также необходимо, чтобы усилитель мощности передатчика обеспечивал эффективный линейный режим работы в динамическом диапазоне системы связи МДКР. Ввиду того, что существующие усилители мощности, как с переменным усилением, так и с постоянным усилением, не обеспечивают требуемой эффективности и линейности в широком динамическом диапазоне, то существует потребность в усилителе мощности, обеспечивающем указанные рабочие характеристики.

Сущность изобретения

Изобретение относится к усилительному устройству для выработки усиленного сигнала в ответ на входной сигнал таким образом, чтобы обеспечивалось повышение КПД при одновременном сохранении линейности. Усилительное устройство содержит входной коммутатор для подачи входного сигнала на выбранный каскад из первого или второго параллельно соединенных усилительных каскадов, причем первый усилительный каскад имеет смещение для обеспечения постоянного усиления в пределах динамического диапазона первого входного сигнала, а второй усилительный каскад имеет смещение для обеспечения постоянного усиления в пределах динамического диапазона второго входного сигнала. Выходная схема обеспечивает ответвление усиленного сигнала с выбранного усилительного каскада.

В предпочтительном варианте выходная схема содержит выходной коммутатор для соединения выбранного усилительного каскада с выходной точкой, а также содержит схему измерения мощности для измерения мощности усиленного сигнала. Схема управления коммутаторами может предусматриваться для управления соединением входного коммутатора и выходного коммутатора с другим каскадом из числа усилительных каскадов, если измеренная мощность усиленного выходного сигнала выходит за пределы предварительно определенного выходного диапазона. В конкретном варианте осуществления изобретения в цифровом передатчике схема управления коммутаторами обеспечивает возможность входной коммутационной матрице и выходной схеме выбирать другой из усилительных каскадов при переходах между цифровыми кодами или символами во входном сигнале.

В одном из вариантов осуществления входной сигнал подается непосредственно на множество различных транзисторных приборов оконечного каскада. Соответствующие затворы этих приборов развязаны по постоянному току с помощью блокировочных конденсаторов, но связаны между собой на частоте радиочастотного диапазона входного сигнала. Логический блок коммутации селективно обеспечивает выдачу тока смещения по постоянному току только на те транзисторные приборы, которые требуются для усиления входного сигнала. Таким образом, путем смещения только тех приборов, которые необходимы для текущего усиления входного сигнала, эффективность по постоянному току существенным образом улучшается.

Краткое описание чертежей

Признаки и преимущества настоящего изобретения поясняются в последующем детальном описании, иллюстрируемом чертежами, на которых представлено следующее:

фиг. 1 - схематичное представление сотовой телефонной системы, которая содержит по меньшей мере одну базовую станцию и множество портативных устройств;

фиг. 2 - упрощенная блок-схема усилителя с параллельными каскадами, выполненного согласно настоящему изобретению;

фиг. 3 - иллюстрация схемы смещения усилительных каскадов А1-А4 в усилителе с параллельными каскадами по фиг. 2;

фиг. 4 - блок-схема другого варианта усилителя с параллельными каскадами, выполненного согласно настоящему изобретению;

фиг. 5A - один из вариантов осуществления настоящего изобретения, в котором функции входной и выходной коммутации присущи самим усилительным каскадам;

фиг. 5B - другой вариант осуществления настоящего изобретения, в котором функции входной и выходной коммутации присущи самим усилительным каскадам;

фиг. 6 - блок-схема передатчика сигнала с расширенным спектром портативного устройства, в котором может быть использован высокоэффективный усилитель с параллельными каскадами, соответствующий настоящему изобретению;

фиг. 7 - блок-схема радиочастотного передатчика, входящего в состав передатчика сигнала с расширенным спектром по фиг. 6;

фиг. 8 - блок-схема возможного варианта осуществления соответствующего изобретению усилителя с параллельными каскадами, предназначенного для усиления сигнала с низким уровнем шумов;

фиг. 9 - схематичное представление усилителя на сдвоенном транзисторе, пригодного для использования в качестве отдельного каскада усилителя с параллельными каскадами, соответствующего изобретению;

фиг. 10 - иллюстрация передаточной характеристики усилителя с параллельными каскадами, соответствующего изобретению, в котором смежные усилительные каскады смещены по усилению;

фиг. 11 - еще один вариант осуществления настоящего изобретения, в котором функции входной и выходной коммутации присущи самим усилительным каскадам.

Детальное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

1. Общие сведения о системах связи режима МДКР

Пример осуществления наземной сотовой телефонной системы связи показан на фиг. 1. Система, представленная на фиг. 1, использует методы модуляции МДКР при осуществлении связи между мобильными пользователями системы и базовыми станциями. Каждый мобильный пользователь осуществляет связь с одной или более базовыми станциями посредством портативного приемопередатчика (например, портативного телефона), каждый из которых содержит передатчик, в котором может быть использован высокоэффективный усилитель мощности с параллельными каскадами, соответствующий настоящему изобретению. В данном описании термин "портативное устройство" используется как относящийся в принципе к удаленной абонентской станции, только в целях данного описания. Заметим, однако, что портативное устройство может быть фиксированным по местоположению. Портативное устройство может представлять собой часть концентрированной абонентской системы множества пользователей. Портативное устройство может использоваться для передачи речевых сигналов, данных или комбинации сигналов разных типов. Термин "портативное устройство" относится к уровню техники и не накладывает никаких ограничений на объем признаков или функции указанного устройства.

Согласно фиг. 1, блок управления и коммутации 10 системы в типовом случае содержит соответствующий интерфейс и аппаратные средства для обеспечения системной управляющей информации для базовых станций. Контроллер 10 управляет маршрутизацией телефонных вызовов от коммутируемой телефонной сети общего пользования (КТСОП) к соответствующей базовой станции для передачи к соответствующему портативному устройству.

Контроллер 10 также управляет маршрутизацией вызовов от портативных устройств по меньшей мере через одну базовую станцию к КТСОП. Контроллер 10 может направлять вызовы между пользователями портативных устройств через соответствующие базовые станции, поскольку портативные устройства в типовом случае не осуществляют связь непосредственно друг с другом.

Контроллер 10 может быть связан с базовыми станциям с помощью различных средств, таких как телефонные линии, оптиковолоконные линии или радиочастотные каналы связи. На фиг. 1 показаны для примера две базовые станции 12 и 14, вместе с двумя портативными устройствами 16, 18. Стрелками 20a-20b и 22a- 22b соответственно обозначены возможные линии связи между базовой станцией 12 и портативными устройствами 16 и 18. Аналогичным образом, стрелками 24a-24b и стрелками 26a-26b обозначены соответственно каналы связи между базовой станцией 14 и портативными устройствами 18 и 16. Базовые станции 12 и 14 в обычном состоянии осуществляют передачи с использованием одинакового уровня мощности.

Портативное устройство 16 измеряет полную мощность, принятую от базовых станций 12 и 14 по каналам 20a-20b. Аналогично, портативное устройство 18 измеряет полную мощность, принятую от базовых станций 12 и 14 по каналам 22a-22b. В каждом из портативных устройств 16 и 18 мощность сигнала измеряется в приемнике, причем сигнал представляет собой широкополосный сигнал. Соответственно, это измерение мощности осуществляется до корреляционной обработки принимаемого сигнала с использованием псевдошумового сигнала расширения спектра.

Если портативное устройство 16 находится ближе к базовой станции 12, то мощность принятого сигнала будет преобладающей в канале распространения сигнала 20a. Если портативное устройство 16 находится ближе к базовой станции 14, то мощность принятого сигнала будет преобладающей в канале распространения сигнала 26a. Аналогично если портативное устройство 18 находится ближе к базовой станции 14, то мощность принятого сигнала будет преобладающей в канале распространения сигнала 24a. Если портативное устройство 18 находится ближе к базовой станции 12, то мощность принятого сигнала будет преобладающей в канале распространения сигнала 22a.

Каждое из портативных устройств 16 и 18 использует полученные результаты измерения для оценки потерь в канале для ближайшей базовой станции. Оценка потерь в канале вместе с априорно известным усилением антенны портативного устройства и параметром G/T базовой станции используется для определения номинальной передаваемой мощности, требуемой для получения требуемого отношения сигнал на несущей/помеха в приемнике базовой станции. Известность в портативных устройствах параметров базовых станций может обеспечиваться либо запоминанием в памяти, либо передаваться в сигналах вещательной информации базовой станции при установке канала, для указания иных, чем номинальные условия для конкретной базовой станции.

Когда портативные устройства 16, 18 перемещаются в пределах ячеек, становится необходимым регулировать передаваемую мощность каждого из них в широком динамическом диапазоне. Хотя существуют усилители мощности, которые способны обеспечить усиление сигнала в широком динамическом диапазоне, однако связанные с этим регулировки усиления приводят к усложнению конфигурации остальной части передатчика портативного устройства. Помимо обеспечения постоянного усиления, также желательно, чтобы передающий усилитель портативного устройства обеспечивал экономию ресурса батареи питания при эффективном функционировании во всем динамическом диапазоне, представляющем интерес. В соответствии с изобретением предложен высокоэффективный линейный усилитель мощности, который удовлетворяет вышеуказанным и иным требованиям.

2. Общие характеристики усилителя мощности с параллельными каскадами

На фиг. 2 показана упрощенная блок-схема усилителя 40 с параллельными каскадами, соответствующего настоящему изобретению. Входной сигнал, в типовом случае модулированный в цифровой форме радиочастотный сигнал связи, принимается входной схемой 44 от модулятора передаваемого радиочастотного сигнала (не показан). Входная схема 44 передает входной сигнал по меньшей мере на один усилитель из набора из четырех параллельных усилительных каскадов А1-А4. В простейшем варианте входная схема 44 представляет собой коммутационную матрицу, которая селективно подает входной сигнал на один из параллельных каскадов А1-А4 усилителей. Однако в других вариантах осуществления входная схема 44 (см. фиг. 4) может осуществлять коммутацию входов таким образом, чтобы снижать искажения и потери сигнала. В предпочтительном варианте осуществления каждый из усилительных каскадов А1-А4 включает в себя усилитель мощности на высокочастотном полевом транзисторе или на биполярном плоскостном транзисторе.

Выходы усилительных каскадов А1-А4 связаны с выходной схемой 48, которая ответвляет усиленный радиочастотный сигнал с выхода выбранного усилительного каскада или каскадов А1-А4 в выходную точку 52 усилителя. Хотя выходная схема 48 может быть реализована с использованием коммутационной матрицы или тому подобного средства, иные варианты осуществления выходной схемы 48, описанные ниже (см. фиг. 4), обеспечивают коммутацию выходов таким образом, чтобы минимизировать искажения и потери сигнала. Усиленный радиочастотный сигнал подается на передающую антенну (не показана), а также на логический блок 56 коммутации. Логический блок 56 коммутации контролирует уровень усиленного радиочастотного сигнала в выходной точке 52 и подает команды входной схеме 44 и выходной схеме 48 для выбора усилительного каскада А1-А4, предназначенного для выдачи выходной мощности в диапазоне, включающем контролируемый уровень выходного сигнала. В другом варианте осуществления логический блок 56 коммутации может контролировать принимаемый уровень мощности или команды управления мощностью от соответствующей базовой станции.

В предпочтительном варианте, показанном на фиг. 3, усилительные каскады А1-А4 имеют смещение, обеспечивающее идентичное усиление в различных диапазонах выходного сигнала. В рассматриваемом варианте усилительный каскад А1 имеет смещение, обеспечивающее линейное усиление примерно 28 дБ для выходной мощности до 5дБ мВт в ответ на входные сигналы с уровнями до -23 дБ мВт. Аналогичным образом, каждый из усилительных каскадов А2, А3, А4 имеет смещение, обеспечивающее то же самое усиление, что и в каскаде А1, в других диапазонах выходных сигналов. Более конкретно, в примере, показанном на фиг. 3, усилительный каскад А2 вырабатывает энергию выходного сигнала в диапазоне 5-15 дБ мВт в ответ на входные сигналы от -23 до -13 дБ мВт, а усилительные каскады А3 и А4 вырабатывают энергию выходных сигналов от 15 до 25 дБ мВт и от 24 до 28 дБ мВт для входных сигналов от -13 до -4 дБ мВт и от -4 до +1 дБ мВт соответственно. Если усилительные каскады реализованы на полевых транзисторах или на биполярных плоскостных транзисторах, то может быть использована схема смещения (не показана) для подачи на каждый усилительный каскад тока смещения, уровень которого необходим для работы в определенном выходном диапазоне. Следует отметить, что значения усиления и диапазоны, представленные на фиг. 3, приведены лишь для примера, и в других вариантах осуществления могут быть использованы другие диапазоны входной и выходной мощности.

С учетом конкретного варианта, иллюстрируемого на фиг. 3, предположим, что уровень входного сигнала возрастает и приближается к значению -23 дБ мВт. В этом случае входной сигнал будет прикладываться к усилительному каскаду А1 до тех пор, пока логический блок 56 коммутации не определит, что уровень радиочастотного выходного сигнала возрос примерно до 5 дБ мВт. В этот момент логический блок 56 коммутации подает команду на входную схему 44 подать входной сигнал на усилительный каскад А2 и подает команду на выходную схему 48 о съеме полученного в результате усиленного радиочастотного выходного сигнала с усилительного каскада А2 с выходной точки 52. Такой же переход между усилительными каскадами А2 и А3 и между каскадами А3 и А4 управляется логическим блоком 56 коммутации до тех пор, пока уровень радиочастотного выходного сигнала не достигнет соответственно значений 15 и 24 дБ мВт. Дополнительно, логический блок 56 коммутации может обеспечивать гистерезис для предотвращения возможности избыточной коммутации между соседними усилительными каскадами А1-А4, когда уровень входного сигнала изменяется вблизи граничных значений, соответствующих переходам. Поскольку каждый из усилительных каскадов А1-А4 реализован для обеспечения идентичного усиления в определенном диапазоне радиочастотного выходного сигнала, усилитель с параллельными каскадами 40 воспринимается остальными элементами схемы как единый усилитель, имеющий постоянное усиление во всем выходном диапазоне. Эта характеристика настоящего изобретения выгодным образом упрощает конфигурирование взаимосвязанных радиочастотных схем, поскольку она позволяет избежать необходимости учитывать вариации усиления во всем диапазоне выходных сигналов. Следует отметить, что хотя предпочтительно только один из индивидуальных усилительных каскадов А1-А4, иллюстрируемых с помощью фиг. 3, может включаться в каждый данный момент времени, в других вариантах осуществления, описанных ниже, в каждый данный момент времени могут включаться и выключаться различные комбинации усилительных каскадов для получения требуемого радиочастотного выходного сигнала.

Как показано на фиг. 2, информация синхронизации, относящаяся к граничным значениям между цифровыми словами или символами, присущая модулированному в цифровой форме входному сигналу, выдается на логический блок 56 коммутации с местного управляющего процессора. В соответствии с другим аспектом изобретения, логический блок 56 коммутации только подает команду на входную схему 44 и на выходную схему 48 для выбора одного из различных усилительных каскадов А1-А4 при переходах между цифровыми словами или символами во входном сигнале. Это гарантирует, что любая разность фаз между сигнальными трактами в усилительных каскадах А1-А4 не искажает целостность цифровой информации, передаваемой усиленным радиочастотным выходным сигналом. Например, при использовании формата модуляции МДКР, как описано ниже, цифровой поток входных данных кодируется с использованием набора ортогональных кодов Уолша или "символов". В этом варианте логический блок 56 коммутации подает команду на входную схему 44 и на выходную схему 48 для коммутации усилительных каскадов А1-А4 при переходах между символами Уолша. Поскольку в рассматриваемом примере период каждого символа Уолша весьма короткий (например, 3,25 мс) по сравнению со скоростью изменения выходной радиочастотной мощности, то, как правило, будет иметься ряд возможностей для коммутации между усилительными каскадами вблизи моментов перехода уровня радиочастотного выходного сигнала в другой выходной диапазон.

На фиг. 4 показана блок-схема другого варианта осуществления усилителя 90 с параллельными каскадами, соответствующего изобретению. Входной сигнал, в типовом случае модулированный в цифровой форме радиочастотный сигнал связи, принимается первым делителем 94 в фазовой квадратуре (квадратурным делителем). Первый квадратурный делитель 94 делит входной сигнал на пару составляющих входного сигнала, амплитуды которых равны, а фазы находятся в квадратурном соотношении (со сдвигом на 90^o). Квадратурные составляющие сигнала с первого делителя 94 подаются на второй и третий квадратурные делители 98 и 102. Второй делитель 98 подает выходные сигналы с фазами в квадратуре на элементы регулировки усиления G1 и G2, а третий делитель 102 подает выходные сигналы с фазами в квадратуре на элементы регулировки усиления G3 и G4. Элементы регулировки усиления G1- G4 последовательно соединены с соответствующими усилителями с постоянным усилением F1-F4, причем каждое последовательное соединение одного из элементов регулировки усиления с соответствующим усилителем с постоянным усилением образует усилительный каскад с регулируемым усилением.

Выходы усилительных каскадов с регулируемым усилением объединяются с использованием схемы, состоящей из первого, второго, третьего и четвертого квадратурных сумматоров 106, 110 и 114. Полученный в результате усиленный выходной сигнал подается на передающую антенну (не показана), а также на логический блок 118 регулировки усиления. Логический блок 118 регулировки усиления обеспечивает установку общего усиления усилителя путем выбора различных комбинаций усилительных каскадов с регулируемым усилением и путем установки усиления каждого из каскадов с регулируемым усилением. В рассматриваемом примере по фиг. 4 каждый из усилителей F1-F4 с постоянным усилением имеет смещение для обеспечения идентичного номинального усиления N дБ, а каждый элемент регулировки усиления G1-G4 может быть установлен на усиление/ослабление -3 дБ или на 0 дБ. Это позволяет установить желательный уровень радиочастотной выходной мощности путем настройки усиления выбранных усилительных каскадов с регулируемым усилением, как показано в таблице 1.

Согласно первой строке таблицы 1, когда включены все усилители F1-F4 и каждый из элементов регулировки усиления G1-G4 установлен на -3 дБ, формируется выходная мощность N дБ. Если уровень входного сигнала снижается так, что радиочастотная выходная мощность приближается к значению (N-3) дБ, то усилители с постоянным усилением F3 и F4 выключаются, и элементы регулировки усиления G1 и G2 устанавливаются на 0 дБ. Как показано в таблице 1, если усилители F3 и F4 выключены, установки элементов регулировки усиления не применяются. Если затем желательно снизить радиочастотную выходную мощность до уровня (N-6) дБ, то усилитель с постоянным усилением F2 выключается, а элемент регулировки усиления G1 вновь устанавливается на 0 дБ. И вновь, информация синхронизации с управляющего процессора позволяет логическому блоку 118 регулировки усиления коммутировать усилители постоянного усиления F1-F4 только при переходах между цифровыми словами или символами, содержащимися во входном сигнале, причем логический блок 118 регулировки усиления может обеспечивать гистерезис для предотвращения возможности избыточной коммутации элементов регулировки усиления G1-G4 и усилителей с постоянным усилением F1- F4, когда уровень входного сигнала изменяется вблизи граничных значений, соответствующих переходам.

Выходной импеданс усилительных каскадов не имеет значения, когда они выключены, ввиду наличия первого, второго и третьего квадратурных сумматоров 106, 110 и 114. Однако эффективность по постоянному току поддерживается включением только тех усилительных каскадов F1-F4, которые необходимы для формирования требуемой выходной радиочастотной мощности.

Следует отметить, что хотя на фиг. 4 представлен предпочтительный вариант осуществления, однако возможны и другие варианты осуществления, использующие фазовый сдвиг и суммирование. Например, элементы регулировки усиления G1-G4 могут быть заменены только двумя элементами регулировки усиления, каждый из которых включен непосредственно перед квадратурными делителями 98 и 102 соответственно. Как вариант, единственный элемент регулировки усиления может быть включен непосредственно перед квадратурным делителем 94. В предельном случае элементы регулировки усиления G1-G4 могут быть вообще исключены, причем получающееся в результате изменение в общем усилении усилителя 90 будет компенсироваться другими схемами в системе, соответствующей настоящему изобретению. Кроме того, квадратурные делители 94, 98 и 102, а также квадратурные сумматоры 106, 110 и 114 могут быть заменены фазовращателями любого типа. Следует также отметить, что число квадратурных делителей и сумматоров определяется только числом параллельных усилительных каскадов.

На фиг. 5А представлен еще один вариант осуществления настоящего изобретения, причем выбор усилительных каскадов выполняется путем включения/выключения транзисторных усилителей, содержащихся в каждом каскаде. В устройстве по фиг. 5А каждый усилительный каскад А1-А4 содержит один или более полевых транзисторов. Однако следует иметь в виду, что каждый из этих усилительных каскадов может содержать биполярный плоскостной транзистор или иной активный прибор. Конкретный каскад выбирается путем активизации полевого транзистора этого каскада, и отмена этого выбора производится путем выключения конкретного полевого транзистора при обеспечении того, что выходной импеданс отключенного полевого транзистора достаточно высок для минимизации отрицательного влияния отключенных по питанию полевых транзисторов. Таким образом, аддитивная комбинация желательного числа каскадов обеспечивается путем селективного включения/выключения полевых транзисторов для каждого из каскадов А1-А4. В отличие от варианта по фиг. 2, функции коммутации по входу и функции коммутации по выходу внутренне присущи самим полевым транзисторам. Таким образом, логический блок 56 коммутации управляет непосредственно усилительными каскадами А1-А4.

Выходная схема 48 содержит согласующие элементы 66-69, подсоединенные соответственно между усилительными каскадами А1-А4 и выходной точкой 52. Согласующие элементы 66-69 служат для того, чтобы обеспечивать оптимальное согласование по мощности между выходами усилительных каскадов А1-А4 и антенной (не показана), связанной с выходной точкой 52. Каждая комбинация усилительного каскада А1-А4 и связанного с ним согласующего элемента 66-69 обеспечивает практически эквивалентное усиление сигнала, и каждая такая комбинация включается/выключается логическим блоком 56 коммутации, как это необходимо для достижения желательного уровня выходной мощности. Соответственно, только определенное число усилительных каскадов А1-А4, необходимое для формирования желательного уровня выходной мощности, включается в любой данный момент времени, тем самым обеспечивая экономию мощности постоянного тока и поддерживая практически постоянный КПД. Кроме того, за счет использования индивидуальных каскадов А1-А4 для реализации функции выходной коммутации и выходной схемы 48, содержащей согласующие элементы 66-69, можно избежать потерь мощности и искажений сигнала, связанных с коммутацией.

На фиг. 5В показан еще один вариант осуществления настоящего изобретения, в котором один или несколько усилительных элементов или транзисторов включены между выходом каждого усилительного каскада А1-А4 и промежуточной точкой 72. Вариант по фиг 5В похож на вариант по фиг. 5А. Однако вместо использования индивидуальных согласующих схем 66-69 для каждого усилительного каскада, оконечное усилительное устройство 85, содержащее множество усилительных элементов 74-84 в составе оконечного усилительного устройства 85, связано с одной согласующей схемой 86. В рассматриваемом примере осуществления по фиг. 5В одиночный транзисторный усилительный элемент 74 подсоединен между каскадом А1 и промежуточной точкой 72. Аналогично, одиночный транзисторный усилительный элемент 76 подсоединен между каскадом А2 и промежуточной точкой 72. Пара транзисторных усилительных элементов 78, 80 подсоединена между каскадом А3 и промежуточной точкой 72, и другая пара транзисторных усилительных элементов 82, 84 подсоединена между каскадом А4 и промежуточной точкой 72. В противоположность использованию выходной схемы, показанной на фиг. 5А, реализация по фиг. 5В использует одно оконечное усилительное устройство 85, в котором каждый из индивидуальных усилительных элементов 74-84 в составе оконечного усилительного устройства 85 может иметь отдельный вход. Это позволяет уменьшить физические габариты и вес и обеспечить изготовление оконечного усилительного устройства 85 на одном кристалле. Как и в варианте по фиг. 5А, не требуется выходной коммутатор, поскольку если усилительные элементы 74-84 выполнены на биполярных плоскостных транзисторах или на полевых транзисторах, то их смещение при выключении переводит соответствующие их выходы в состояние высокого импеданса, при минимальной реальной нагрузке.

Каждый усилительный элемент 74-84 включается/выключается посредством тока смещения, обеспечиваемого предшествующим ему усилительным каскадом А1-А4. Путем включения/выключения определенного набора транзисторных усилительных элементов, обеспечивается получение требуемого уровня выходной мощности. Следует отметить, что в данном примере осуществления, когда каскад А3 или А4 активизирован, формируется достаточный ток смещения, обеспечивающий включение обоих транзисторных усилительных элементов (78, 80) или (82, 84) соответственно. Следует также отметить, что хотя каждый из усилительных каскадов А3 и А4 возбуждает два отдельных транзисторных элемента (78, 80) или (82, 84) соответственно, в других вариантах осуществления может использоваться большее или меньшее число транзисторных усилительных элементов в каждом каскаде.

Рассмотрим пример осуществления усилителя по фиг. 5А, в котором каждый транзисторный усилительный элемент 74-84 обеспечивает мощность примерно 1 Вт при смещении в проводящее состояние предшествующим усилительным каскадом А1-А4. В таблице 2 приведены различные уровни выходной мощности, формируемые в этом варианте осуществления, когда различные комбинации транзисторных усилительных элементов смещены в проводящее состояние соответствующими усилительными каскадами А1-А4. Из таблицы 2 можно видеть, что путем включения каждого усилительного каскада А1 или А2, полная радиочастотная выходная мощность может быть увеличена на 1 Вт, в то время как включение каждого из усилительных каскадов А3 или А4 приводит к увеличению радиочастотной выходной мощности на 2 Вт. Таким образом, согласно способу, иллюстрируемому таблицей 2, конкретный вариант осуществления по фиг. 2 может быть использован для генерирования изменяющихся уровней радиочастотной выходной мощности от 1 до 6 Вт путем использования четырех усилительных каскадов А1-А4 и поддержания КПД по постоянному току за счет смещения по постоянному току только тех каскадов, которые необходимы для генерирования желательного уровня выходной мощности. Отметим, что в таблице 2 приведен лишь возможный вариант осуществления и что транзисторные усилительные элементы 74-84 могут быть спроектированы для выработки мощности, как больше, так и меньше, чем 1 Вт. Однако выбор каждого усилительного элемента 74-84 с одинаковыми размерами существенно упрощает изготовление оконечного усилительного устройства 85.

В примере осуществления, иллюстрируемом на фиг. 5В, представленном первой строкой таблицы 2, если только один усилительный каскад и связанный с ним транзисторный усилительный элемент, например А1 и транзистор 74, смещены в проводящее состояние, то все остальные каскады А2-А4 смещены в непроводящее состояние, при этом реактивная нагрузка транзисторов в непроводящем состоянии (76, 78, 89, 82, 84) не может обеспечить оптимальное согласование при использовании только одной выходной согласующей схемы 86. Однако достигается улучшенный КПД по постоянному току на низких уровнях выходной мощности, например 1 Вт, как показано в таблице 1. Кроме того, любое рассогласование в усилении может быть отрегулировано в индивидуальных усилительных каскадах, в данном случае А1, или в соответствующей системе, в которой использовано устройство, соответствующее изобретению.

Еще один вариант осуществления, похожий на представленный на фиг. 5В, показан на фиг. 11. Вариант по фиг. 11 отличается от варианта по фиг. 5В тем, что входной сигнал не проходит через четыре индивидуально коммутируемых возбуждающих усилителя, а подается непосредственно на четыре различных транзисторных устройства оконечного каскада 1102, 1104, 1106, 1108. Следует отметить, что любое из устройств 1102-1108 может представлять собой прибор как с одиночным затвором, так и с множеством затворов, и представленная конфигурация приведена всего лишь для примера. Хотя приборы 1102-1108 показаны на фиг. 11 как полевые транзисторы, совместно использующие общий затвор и общий сток, однако, как было упомянуто выше со ссылками на другие чертежи, они могут быть выполнены в виде биполярных плоскостных транзисторов, имеющих общий эмиттер и общую базу, или могут быть выполнены в виде комбинации устройств разного типа, в той мере, в какой это может обеспечиваться условиями изготовления на одном кристалле. Кроме того, каждое из устройств 1102-1108 может иметь отличающееся значение усиления.

Соответствующие затворы приборов 1102-1108 изолированы по постоянному току с помощью блокировочных конденсаторов 1112, 1114, 1116 и 1118, однако они все связаны по высокочастотному входному сигналу. Таким образом, путем подачи смещения только на те устройства, которые требуются для соответствующего усиления входного сигнала, КПД по постоянному току можно существенно улучшить. В результате может быть реализована схема оконечного усилительного каскада, подобная иллюстрируемой с помощью таблицы 2. Входная схема согласования (не показана) предпочтительно оптимизирована для получения наилучших рабочих характеристик при активном состоянии всех устройств 1102-1108.

3. Усилительный каскад на сдвоенном транзисторе

На фиг. 9 схематично представлен усилитель 400 на сдвоенном транзисторе, пригодный для использования в качестве одиночного каскада (например, в качестве одного из каскадов А1-А4) в составе усилителя с параллельными каскадами, соответствующего настоящему изобретению. Усилительный каскад 400 содержит входной возбудитель на полевом транзисторе (Q1) и выходной полевой транзистор (Q2). Хотя на фиг. 9 усилительный каскад 400 образует пара полевых транзисторов (Q1, Q2) со сдвоенным затвором, следует иметь в виду, что в других вариантах осуществления могут использоваться полевые транзисторы с одиночным затвором, биполярные плоскостные транзисторы или транзисторы, выполненные по иной технологии.

Малый входной сигнал, подаваемый на усилитель 400, поступает на затвор полевого транзистора Q1 через согласующую схему 404, которая спроектирована для оптимизации переноса мощности в полевой транзистор Q1. Аналогично, промежуточная согласующая схема 408 служит для максимизации переноса мощности с выхода полевого транзистора Q1 на вход полевого транзистора Q2. Аналогичным образом выходная согласующая схема 412 обеспечивает оптимальное согласование по мощности между выходным импедансом полевого транзистора Q2 и нагрузкой (не показана), возбуждаемой усилителем 400.

Токи смещения в рабочей точке полевых транзисторов Q1 и Q2 управляются посредством подстройки потенциалов затвора по постоянному току V_g1 и V_g2 соответственно. В типовом случае потенциалы затвора по постоянному току V_g1 и V_g2 устанавливаются так, чтобы усилитель 400 имел постоянное усиление для низких и высоких уровней выходной мощности. В варианте по фиг. 9 размеры входного полевого транзистора Q1 выбраны так, чтобы быть меньше, чем соответствующие размеры полевого транзистора Q2 в соотношении примерно 8:1. Понятно, что для других вариантов осуществления могут оказаться более приемлемыми другие соотношения. Такая конструкция приводит к повышению КПД за счет обеспечения того, что ток смещения, подаваемый на выходной полевой транзистор Q2, существенно снижается, когда от усилителя 400 требуются низкие уровни выходной мощности. Если от усилителя 400 требуются только низкие уровни выходной мощности, то ток смещения, подаваемый на выходной полевой транзистор Q2, снижается относительно тока смещения, требуемого для выходной мощности промежуточного уровня, а ток смещения, протекающий через полевой транзистор Q1, несколько увеличивается. Поскольку меньший входной полевой транзистор Q1 способен работать более эффективно, чем больший выходной полевой транзистор Q2 при низких уровнях выходной мощности, то КПД усилителя 400 повышается за счет существенного снижения тока смещения, протекающего через выходной полевой транзистор Q2 в режиме низкой мощности. Изменения в величине тока смещения могут быть осуществлены путем управления потенциалами затвора по постоянному току V_g1 и V_g2 аналоговым образом или путем регулировки дискретными приращениями.

4. Высокоэффективный усилитель мощности для портативного устройства системы МДКР

На фиг. 6 представлена блок-схема передатчика сигнала с расширенным спектром портативного устройства, в котором может быть использован высокоэффективный усилитель с параллельными каскадами, соответствующий настоящему изобретению. В рассматриваемой системе МДКР используется ортогональная сигнализация для обеспечения соответствующего отношения сигнал/шум в линии связи от портативного устройства к базовой станции, т.е. в обратной линии связи.

В передатчике, показанном на фиг. 6, биты данных 200, состоящие, например, из преобразованных речевых сигналов с помощью вокодера, подаются на кодер 202, где биты подвергаются сверточному кодированию. Если скорость передачи битов данных меньше, чем скорость обработки битов данных кодером 202, то может быть использовано повторение кодовых символов, так что кодер 202 будет повторять входные биты данных 200 для создания повторяющегося потока данных со скоростью передачи битов, которая согласована со скоростью обработки кодера 202. В рассматриваемом примере осуществления кодер 202 принимает биты данных с номинальной скоростью передачи битов (R_b), равной 11,6 кбит/с, и формирует отношение R_b/r = 34,8 символов в секунду, где r обозначает скорость кода (например, 1/3) для кодера 202. Кодированные данные затем подаются на блочный перемежитель 204, где осуществляется перемежение блоков данных.

В 64-ричном ортогональном модуляторе 206 символы группируются в блоки, содержащие log₂ 64= 6 символов со скоростью (1/r)(R_b/log₂64)=5800 блоков в секунду, где имеется 64 различных блока. В предпочтительном варианте каждый блок кодируется в виде последовательности Уолша длиной 64 элемента. Это означает, что каждая последовательность Уолша содержит 64 двоичных бита или элемента кода, при этом имеется набор из 64 кодов Уолша длиной 64 элемента. 64 ортогональных кода соответствуют кодам Уолша, полученным из матрицы Адамара размерами 64х64, причем код Уолша представляет собой одну строку или один столбец матрицы.

Последовательность Уолша, сформированная модулятором 206, подается на блок объединения 206, действующий в соответствии с логикой "исключающее ИЛИ", где она "накрывается" или перемножается в блоке объединения с псевдошумовым кодом, конкретно выбранным для каждого портативного блока. Такой "длинный" псевдошумовой код генерируется со скоростью Rc с помощью генератора 210 длинного псевдошумового кода в соответствии с выделенной конкретному пользователю маской длинного псевдошумового кода. В рассматриваемом примере генератор 210 длинного кода работает с частотой следования элементов кода Rc, равной 1,2188 МГц, для формирования четырех элементов псевдошумового кода на элемент кода Уолша. В соответствии с изобретением усилитель с параллельными каскадами в передатчике портативного устройства может изменять состояние только в моменты между теми элементами псевдошумового кода, которые находятся на границах символов кодов Уолша (т.е. после последнего и перед первым элементом псевдошумового кода последовательных кодовых символов).

На фиг. 7 показан пример осуществления радиочастотного передатчика 250. В системах с расширенным спектром режима МДКР пара коротких псевдошумовых последовательностей PN_I и PN_O соответственно формируется генератором 252 и генератором 254 и подается на блоки объединения 256 и 258, реализующие логическую операцию "исключающее ИЛИ". Последовательности PN_I и PN_Q соответственно относятся к синфазному (I) и квадратурному (Q) каналам связи и обычно имеют длину (32768 элементов кода), намного короче, чем длина каждого пользовательского псевдошумового кода большой длины. Полученные в результате последовательность 260 расширения кода I-канала и последовательность 262 расширения кода Q-канала проходят через полосовые фильтры 264 и 266 соответственно.

Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 270 и 272 предусмотрены для осуществления преобразования цифровой информации I-канала и Q-канала в аналоговую форму. Аналоговые сигналы, сформированные ЦАП 270 и 272, подаются вместе с сигналами несущей частоты гетеродина Cos(2 ft) и Sin(2 ft) соответственно на смесители 288 и 290, где они смешиваются и затем поступают на сумматор 292. Сигналы на несущей в фазовой квадратуре Cos(2 ft) и Sin(2 ft) обеспечиваются соответствующим источником (не показан). Эти смешанные сигналы промежуточной частоты затем суммируются в сумматоре 292 и подаются на смеситель 294.

Смеситель 294 смешивает суммарный сигнал с радиочастотным сигналом от частотного синтезатора 296 для обеспечения повышающего преобразования частоты в полосу радиочастот. Затем радиочастотный сигнал отфильтровывается в полосовом фильтре 298 и подается на высокоэффективный радиочастотный усилитель 299 с параллельными каскадами, соответствующий изобретению. И вновь, контроллер портативного устройства обеспечивает, чтобы надлежащая фаза поддерживалась за счет того, что выбранная комбинация усилительных каскадов в усилителе 299 может изменяться только в моменты между элементами псевдошумового кода, определяющими переходы между символами кода Уолша.

5. Усилитель с параллельными сдвоенными каскадами для портативного устройства системы МДКР

На фиг. 8 представлена блок-схема усилителя 310 с параллельными каскадами, предназначенного для усиления сигналов в широком динамическом диапазоне в портативном устройстве системы МДКР, таком, как показано на фиг. 6 и 7. Усилитель 310 содержит параллельные усилительные каскады, представленные усилителем низкой мощности (УНМ) 313 и усилителем высокой мощности (УВМ) 316, выходную переключающую матрицу, представленную первым и вторым коммутаторами (318, 322), первую и вторую холостую нагрузку (320, 324) и логический блок 334 коммутации. Усилитель 310 обеспечивает повышенный КПД по постоянному току за счет использования исключительно УНМ 313, который потребляет низкий уровень постоянного тока, когда требуются только низкие уровни выходной мощности, и использования исключительно УВМ 316, когда требуются высокие уровни выходной мощности. Повышение эффективности усилителя обеспечивается за счет работы логического блока 334 коммутации, который попеременно направляет соответствующие выходные сигналы УНМ 313 и УВМ 316 между первой и второй холостыми нагрузками (320, 324) и антенной (не показана). При работе в режиме низкого уровня мощности логический блок 344 коммутации управляет первым коммутатором 318 для подачи выходного сигнала УВМ 316 в первую холостую нагрузку 320 и управляет вторым коммутатором 322 для подачи выходного сигнала УНМ 313 в антенну (не показана). Если требуется более высокий уровень мощности, то УВМ 316 начинает формировать ту же самую мощность, что и мощность, передаваемая МШУ 313, причем выходной сигнал УВМ 316 подается в первую холостую нагрузку 318. В надлежащий момент, определяющий границу коммутации, логический блок 334 коммутации осуществляет управление первым коммутатором 318 для подачи выходного сигнала УВМ 316 в антенну (не показана) и управляет вторым коммутатором 324 для подачи выходного сигнала УНМ 313 во вторую холостую нагрузку 324.

В предпочтительном варианте УНМ 313 функционирует как усилитель класса А в процессе работы в режиме низких уровней мощности. Это означает, что УНМ 313 осуществляет усиление мощности независимо от уровня радиочастотного входного сигнала, подаваемого на него, при этом УНМ 313 не находится в состоянии сжатия динамического диапазона. Кроме того, в качестве усилителя класса А, УНМ 313 потребляет практически постоянный уровень мощности постоянного тока, независимо от его выходного уровня радиочастотной мощности, постольку, поскольку УНМ 313 не находится в состоянии сжатия динамического диапазона. В процессе работы в режиме низкого уровня мощности уровень выходной мощности, подаваемой в антенну, контролируется путем подстройки уровня входной радиочастотной мощности, подаваемой в УНМ 313. Поскольку УНМ 313 обеспечивает равномерное усиление в процессе работы в режиме низкого уровня мощности, линейно отслеживая входную мощность с минимальными искажениями, то уровень радиочастотной выходной мощности, формируемый УНМ 313, эффективно регулируется усилителем с АРУ (не показан), включенным перед малошумящим усилителем (МШУ) 312.

В соответствии с изобретением выходная мощность, формируемая на выходе УВМ 316, настраивается согласованно с выходной мощностью, формируемой посредством УНМ 313 в течение периода перехода, непосредственно предшествующего любому переключению между режимами низкого уровня мощности и высокого уровня мощности. В частности, в течение указанного интервала перехода мощность, формируемая УВМ 316, контролируется цепью регулировки усиления 326. Цепь регулировки усиления 326 устанавливает усиление УВМ 316 в течение интервала перехода на значение, эквивалентное усилению усилителя 313, тем самым выравнивая уровень мощности на выходах УНМ 313 и УВМ 316. Таким образом осуществляется плавный переход от режима низкой мощности к режиму высокой мощности и наоборот. В рассматриваемом варианте реализации системы МДКР логический блок 334 коммутации разрешает осуществлять переключение в коммутаторах 318, 322 только на границах символов кода Уолша.

В течение режима высокого уровня мощности УВМ 316 работает по существу как усилитель класса А или класса В. Это означает, что усиление мощности и потребление мощности постоянного тока усилителя 316 являются функцией входного радиочастотного уровня мощности. В предпочтительном варианте осуществления УВМ 316 содержит по меньшей мере один полевой транзистор. Поскольку напряжение затвора усилителя на полевом транзисторе влияет на величину тока, потребляемого полевым транзистором, и на усиление полевого транзистора, то более высокий КПД по постоянному току может быть обеспечен за счет согласования минимального тока полевого транзистора, требуемого для определенного уровня функционирования, к желательному уровню радиочастотной выходной мощности. Поскольку усиление УВМ 316 имеет нелинейный характер в требуемом рабочем диапазоне, уровень радиочастотного сигнала, вырабатываемого усилителем 310, не может управляться исключительно путем регулировки уровня сигнала, подаваемого на УВМ 316. Ввиду этого цепь регулировки усиления 325 обеспечивает регулировку усиления УВМ 316 для того, чтобы желательный уровень радиочастотной мощности мог быть выдан в антенну.

Как показано на фиг. 8, цепь регулировки усиления 326 включает блок детектора/буфера 340, соединенный с выходом УВМ 316. Блок детектора/буфера 340 возбуждает интегратор цепи, состоящий из операционного усилителя 334 и емкости 346. Поскольку УВМ 316 в типовом случае включает в себя один или несколько усилителей на полевых транзисторах, усилитель тока 348 может быть включен в цепь регулировки усиления 326 для обеспечения требуемого тока смещения усилителя на полевом транзисторе. Цепь регулировки усиления 326 устанавливает радиочастотную выходную мощность УВМ 316, как измерено блоком детектора/буфера 340, путем управления напряжениями затвора и стока УВМ 316. Таким образом, нелинейность УВМ 316 может быть преодолена, так как входная мощность, подаваемая на УВМ 316, как устанавливается усилителями с АРУ (не показаны), может продолжать увеличиваться по мере того, как увеличивается требуемая выходная мощность, но выходная мощность УВМ 316 продолжает устанавливаться цепью регулировки усиления 326.

В рассматриваемом примере осуществления усилителя 310, пригодного для использования в передатчике МДКР, цепь регулировки усиления 326 может также содержать коммутатор 352, который размыкается на длительность "пустых" кадров, в течение которых мощность сигнала не подается в антенну усилителем 310. Такие "пустые" кадры вводятся между активными кадрами действительных данных, когда общая скорость передачи данных меньше, чем установленная полная скорость. Коммутатор 352 размыкает цепь интегрирования непосредственно перед началом каждого пустого кадра и замыкает цепь сразу же после начала следующего действующего кадра.

6. Параллельные каскады со смещением усиления

На фиг. 10 представлена передаточная характеристика усилителя с параллельными каскадами, соответствующего изобретению, в котором последовательные усилительные каскады смещены по усилению. Для удобства метод смещения, иллюстрируемый с помощью фиг. 10, будет описан со ссылками на усилитель с параллельными каскадами, представленный на фиг. 2. В методе смещения, иллюстрируемом посредством фиг. 10, каждый из усилительных каскадов А1-А4 реализован с отличающимся усилением. Коммутация между каскадами производится, как описано выше, но смещение усиления между каскадами приводит к прерывистому характеру изменения мощности усиленного радиочастотного выходного сигнала. Как описано выше, логический блок 56 коммутации (фиг. 2) контролирует уровень усиленного радиочастотного сигнала в выходной точке 52. Логический блок 56 коммутации затем подает команды на входную коммутационную матрицу 44 и входную коммутационную матрицу 48 для выбора соответствующего каскада А1-А4, предназначенного для работы при контролируемом выходном уровне сигнала.

В соответствии с фиг. 10 усилительные каскады А1-А4 имеют смещение, обеспечивающее выработку линейного усиления в ответ на входные сигналы в предварительно определенных диапазонах. В частности, усилительный каскад А1 имеет смещение, обеспечивающее выработку линейного усиления в диапазоне выходных сигналов от P_OUT,0 до P_OUT,1 в ответ на входные сигналы от P_IN,0 до P_IN,1. Аналогично, усилительные каскады А2, А3 и А4 имеют смещение, обеспечивающее выработку линейного усиления в диапазонах выходных сигналов от P_OUT,1 до P_OUT,2, от P_OUT,2 до P_OUT,3 и от P_OUT,3 до P_OUT,4 соответственно. Если усилительные каскады выполнены на полевых транзисторах или на биполярных плоскостных транзисторах, то схема смещения (не показана) может быть использована для подачи на каждый усилительный каскад тока смещения с уровнем, требуемым для работы в конкретном выходном диапазоне.

Смещение в усилении для каскадов, как поясняется с помощью фиг. 10, может оказаться полезным, если, например, желательно уменьшить динамический диапазон, требуемый схемой АРУ, используемой во взаимосвязи с усилителем мощности с параллельными каскадами. Также может быть важным то, что уменьшенное усиление на низких уровнях мощности приводит к менее зашумленным усиленным сигналам при низких входных уровнях сигнала, причем отношение сигнал/шум часто является минимальным. Соответственно, метод смещения усиления, иллюстрируемый на фиг. 10, может с выгодой использоваться для улучшения шумовых характеристик при низких уровнях входных сигналов, а также для улучшения шумовых характеристик в целом для полной усилительной цепи.

Приведенное выше описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения предназначено для обеспечения возможности специалистам в данной области техники осуществить и использовать данное изобретение. Различные модификации этих вариантов должны быть очевидны для специалистов в данной области техники, и общие принципы, определенные в настоящем описании, могут быть применены к другим вариантам, без дополнительного изобретательства. Таким образом, настоящее изобретение не ограничивается приведенными вариантами осуществления, а соответствует самому широкому объему, совместимому с принципами и новыми признаками, раскрытыми в настоящем описании.