[发明专利]非线性失真发生器

说明书

技术领域

本发明一般涉及采用放大装置的通信系统。本发明具体涉及用于与放大器、光检测器或激光器直列耦合、以便使由信号处理造成的信号三阶失真最小的非线性预失真或后失真发生器。

背景技术

放大器广泛用于多种通信应用。尽管最好使放大器保持在它们的线性操作范围内，把放大器的操作扩展到高功率和高频范围操作正在成为必须。通常，放大器的输出功率受到有源器件(包括双极晶体管和FET)的非线性的限制。这些非线性导致的失真被施加到放大信号上。放大器非线性失真的减小可以提高输出功率，系统动态范围和载波对噪声比率。因此，使失真最小和获得线性频率的响应对于高效放大器操作是至关重要的。

另外，电路中所用的激光器或光检测器也引入失真。最好将所有这些类型的失真最小化或消除。

当一系列放大器在一个信号传输路径上级联时，例如在一个CATV传输系统中的一系列RF放大器，使失真最小是尤其重要的。贯穿一个CATV传输系统设置的多个RF放大器周期性地放大所发送的信号，以抵消电缆衰减和由无源CATV部件(例如信号分配器和均衡器)引起的衰减。RF放大器还用于保持希望的载波对噪声比率。由于一个给定CATV传输系统中使用的RF放大器的数目，每个RF放大器对发送信号所产生的劣化必须最小。

很多放大器要经受大范围的环境操作温度。这些温度变化可能影响放大器内的某些电子部件的工作特性，从而导致附加失真。通信环境中的很多放大器应用通常要承受-40℃到+85℃的温度范围。为了保证在操作带宽上的一贯性能，并为了使产生的失真最小，必须把放大器设计为用于宽范围的环境操作温度。

主要关注的由放大器产生的失真是二阶(偶)和三阶(奇)谐波互调和失真。由于在整个带宽上保持相同的幅度和180°相位关系时会发生最大二阶抵消，现有技术放大器设计试图通过采用推挽放大器布局来改善偶次失真的影响。通过匹配有源器件的工作特性在两个推挽部分中得到相同增益，从而实现上述效果。

但是，奇次失真难以补救。放大器的奇次失真特性表现为放大信号上的交叉调制(X-mod)和复合三拍(composite triple beat)(CTB)失真。当一个正在发送的信道的调制内容干扰一个相邻或非相邻信道并成为其一部分时，发生X-mod。因为载波通常是在频率带宽中等距分布的，CTB的产生原因是，在每个载波附近发生的三个频率的载波的组合。在上述两种失真中，在增加一个给定CATV系统上信道的数目时，CTB会造成更多问题。虽然X-mod失真也与信道数目成比例增加，由于发送信道的总数量中的可用组合数量的增加而导致CTB的可能性更加显著。在由一个通信系统发送的信道的数目增加，或者信道相互靠近时，奇次失真成为放大器性能的限制因素。

有三种基本方式来校正由非线性器件(NLD)产生的失真：1)减小信号功率电平；2)使用前馈技术；和3)使用预失真或后失真技术。第一种方法减小信号功率电平，以使得NLD工作在其线性区域。但是，在RF放大器的情况下，这造成在非常高功耗下得到低RF输出功率。

第二种方法是前馈技术。使用这种技术，对主放大电路的输入信号进行抽样并与输出信号比较以确定信号之间的差别。根据该差别，提取失真分量。然后由一个辅助放大电路放大该失真分量，并与主放大电路的输出组合，使得两个失真分量相互抵消。尽管这改善了放大器的失真特性，但是辅助放大电路所消耗的功率与主放大电路消耗的功率相当。而且，这种电路很复杂并且对温度非常敏感。

第三种方法是预失真或后失真技术。依据补偿失真信号在非线性器件之前还是之后产生，使用相应项的预失真或后失真。在这种技术中，估算并产生与放大器所产生的失真分量的幅度相同而相位相反的失真信号。在放大器的输入(用于预失真)或输出(用于后失真)使用该信号来抵消失真，从而改善放大器的工作特性。

在美国专利No.5,703,530中公开的如图1所示的这样一种失真设计依赖于一个传统π衰减网络和一个用于增益补偿的延迟线；和一个与延迟线耦合的二极管对，用于失真和相位补偿。该电路产生与放大器所引入的失真的幅度相同而相位相反的失真。图2和3中显示了由失真发生器带来的失真和由放大器表现的失真的曲线图。如图所示，失真信号补偿了由放大器产生的失真。但是，延迟线的这种使用方式是不切实际的，因为延迟线的物理尺寸很大，难以调整，并且其结果在一个宽频率范围内不是一致的。此外，校正补偿同时需要幅度和相位信息。’530专利还指出其所公开的系统对于某些应用(例如CATVRF放大器的预失真)是不理想的，因为失真电路会引入过度的损耗。