[發明專利]非線性失真發生器

無效

• 申請號: 00805840.7
• 申請日: 2000-03-29
• 公開（公告）號: CN1345478A
• 公開（公告）日: 2002-04-17
• 發明（設計）人: 周樹同;蒂莫西J·布羅菲;理查德A·邁耶
• 申請（專利權）人: 通用儀表公司
• 主分類號: H03F1/32
• 分類號: H03F1/32
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 李輝,谷慧敏

發明領域

本發明一般涉及采用放大裝置的通信系統。本發明具體涉及用于與放大器，光檢測器或激光器直列耦合、以便使由放大造成的信號失真最小的非線性預失真或后失真發生器。

背景技術

放大器廣泛用于多種通信應用。盡管最好使放大器保持在它們的線性操作范圍內，把放大器的操作擴展到高功率和高頻范圍操作正在成為必須。通常，放大器的輸出功率受到有源器件(包括雙極晶體管和FET)的非線性的限制。這些非線性導致的失真被施加到放大信號上。放大器非線性失真的減小可以提高輸出功率，系統動態范圍和載波對噪聲比率。因此，使失真最小和獲得線性頻率響應對于高效放大器操作是至關重要的。

當一系列放大器在一個信號傳輸路徑上級聯時，例如在一個CATV傳輸系統中的一系列RF放大器，使失真最小是尤其重要的。貫穿一個CATV傳輸系統設置的多個RF放大器周期性地放大所發送的信號，以抵消電纜衰減和由無源CATV部件(例如信號分配器和均衡器)引起的衰減。RF放大器還用于保持希望的載波對噪聲比率。由于一個給定CATV傳輸系統中使用的RF放大器的數目，每個RF放大器必須對發送的信號提供最小降級。

很多放大器要經受大范圍的環境操作溫度。這些溫度變化可能影響放大器內的某些電子部件的工作特性，從而導致附加失真。通信環境中的很多放大器應用通常要經受-40℃到+85℃的溫度范圍。為了保證在操作帶寬上的一貫性能，并為了使產生的失真最小，必須把放大器設計為用于寬范圍的環境操作溫度。

主要關注的由放大器產生的失真是二階(偶)和三階(奇)諧波互調和失真。由于在整個帶寬上保持相同的幅度和180°相位關系時會發生最大二階抵消，現有技術放大器設計試圖通過采用推挽放大器布局來改善偶次失真的影響。通過匹配有源器件的工作特性在兩個推挽部分中得到相同增益，從而實現上述效果。

但是，奇次失真難以補救。放大器的奇次失真特性表現為放大信號上的交叉調制(X-mod)和復合三拍(composite?triplebeat)(CTB)失真。當一個正在發送的信道的調制內容干擾一個相鄰或非相鄰信道并成為其一部分時，發生X-mod。因為載波通常是在頻率帶寬中等距分布的，CTB的產生原因是，在每個載波附近發生的三個頻率的載波的組合。在上述兩種失真中，在增加一個給定CATV系統上信道的數目時，CTB會造成更多問題。雖然X-mod失真也與信道數目成比例增加，由于發送信道的總數量中的可用組合數量的增加而導致CTB的可能性更加顯著。在由一個通信系統發送的信道的數目增加，或者信道相互靠近時，奇次失真成為放大器性能的限制因素。

有三種基本方式來校正由非線性器件(NLD)產生的失真：1)減小信號功率電平；2)使用前饋技術；和3)使用預失真或后失真技術。第一種方法減小信號功率電平，以使得NLD工作在其線性區域。但是，在RF放大器的情況下，這造成在非常高功耗下得到低RF輸出功率。

第二種方法是前饋技術。使用這種技術，對主放大電路的輸入信號進行抽樣并與輸出信號比較以確定信號之間的差別。根據該差別，提取失真分量。然后由一個輔助放大電路放大該失真分量，并與主放大電路的輸出組合，使得兩個失真分量相互抵消。盡管這改善了放大器的失真特性，但是輔助放大電路所消耗的功率與主放大電路消耗的功率相當。而且，這種電路很復雜并且對溫度非常敏感。

第三種方法是預失真或后失真技術。依據補償失真信號在非線性器件之前還是之后產生，使用相應項的預失真或后失真。在這種技術中，估算并產生與放大器所產生的失真分量的幅度相同而相位相反的失真信號。在放大器的輸入(用于預失真)或輸出(用于后失真)使用該信號來抵消失真，從而改善放大器的工作特性。

在美國專利No.5,703,530中公開的如圖1所示的這樣一種失真設計依賴于一個傳統π衰減網絡和一個用于增益補償的延遲線；和一個與延遲線耦合的二極管對，用于失真和相位補償。該電路產生與放大器所引入的失真的幅度相同而相位相反的失真。圖2和3中顯示了由失真發生器貢獻的失真和由放大器表現的失真的曲線圖。如圖所示，失真信號補償了由放大器產生的失真。但是，延遲線的這種使用方式是不切實際的，因為延遲線的物理尺寸很大，難以調整，并且其結果在一個寬頻率范圍內不是一致的。此外，校正補償同時需要幅度和相位信息。’530專利還指出其所公開的系統對于某些應用(例如CATV?RF放大器的預失真)不是理想的，因為失真電路會引入過度的損耗。