升壓電源和高壓DAC為天線(xiàn)和濾波器提供調(diào)諧信號(hào) - 全文

　　天線(xiàn)陣列和濾波器常常通過(guò)改變鈦酸鋇鍶(BST)電容上的電壓來(lái)進(jìn)行調(diào)諧。將這種鐵電材料應(yīng)用于電容時(shí)，只需施加一個(gè)電壓，即可導(dǎo)致其晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生細(xì)小的變化，從而改變其介電常數(shù)，電容值因而隨之改變。相比于傳統(tǒng)的變?nèi)?a target="_blank">二極管，電子可調(diào)諧BST電容能夠處理更高的功率和更大的信號(hào)幅度。

　　在典型應(yīng)用中，調(diào)諧電容可補(bǔ)償器件容差，調(diào)整濾波器的截止頻率，或者匹配可調(diào)諧天線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)阻抗。BST電容的調(diào)諧是通過(guò)施加0 V至30 V的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)代電子器件所用的電源電壓呈現(xiàn)越來(lái)越低的趨勢(shì)，3.3 V、2.5 V甚至1.8 V電源已成為常用電源，尤其是在電池供電的應(yīng)用中。如果僅僅針對(duì)這一功能而增加一個(gè)單獨(dú)的電源，盡管可以獲得調(diào)諧的好處，但并不總是值得這樣做。因此，需要一種簡(jiǎn)便的方法來(lái)產(chǎn)生所需電源。

　　以此應(yīng)用為例，假設(shè)電源電壓為3 V，但為了完全控制BST電容，需要20 V以上的電壓。兩個(gè)主要電路模塊分別是升壓開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器ADP1613和高壓DAC AD5504。圖1所示電路可產(chǎn)生高達(dá)30 V的DAC輸出電壓。DAC輸出設(shè)置BST電容的偏置電壓，從而調(diào)整天線(xiàn)響應(yīng)。

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　　圖1. 升壓電源和高壓DAC為BST電容提供調(diào)諧信號(hào)

　　ADP1613是一款升壓DC-DC開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器(圖4)，集成了功率開(kāi)關(guān)，能夠提供高達(dá)20 V的輸出電壓。通過(guò)使用外部器件，它可以輸出更高的電壓。如圖所示，ADP1613從3 V輸入產(chǎn)生32 V輸出。ADIsimPower?工具可以幫助設(shè)計(jì)人員根據(jù)輸入要求輕松確定適當(dāng)?shù)钠骷?/p>

　　ADP1613的32 V輸出為四通道12位高壓DAC AD5504(圖5)供電，而該DAC的四路輸出各自可以提供最高60 V的電壓。R_SEL引腳上的電壓決定其滿(mǎn)量程輸出。在此應(yīng)用中，R_SEL連接到VDD，從而將滿(mǎn)量程輸出設(shè)置為30 V。DAC寄存器通過(guò)3 V兼容串行接口進(jìn)行更新。利用脈沖將負(fù)載引腳(LDAC)拉低，可以同時(shí)更新所有四個(gè)DAC，因此可以同時(shí)改變四個(gè)BST電容。

　　圖2所示為一個(gè)用作可調(diào)諧匹配網(wǎng)絡(luò)的BST電容的等效電路。圖3顯示了BST電容與電壓的傳遞函數(shù)以及天線(xiàn)響應(yīng)。BST電容可以從Agile RF等供應(yīng)商處購(gòu)得。

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　　圖2. BST電容等效電路

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　　圖3. 偏置電壓與BST電容的關(guān)系以及相應(yīng)的天線(xiàn)響應(yīng)

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　　圖4. ADP1613功能框圖

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　　圖5. AD5504功能框圖

　　諸如圖1所示的電路對(duì)目前正受到兩種對(duì)立要求夾擊的新一代移動(dòng)電話(huà)有利。一方面一如既往地需要減小尺寸和功耗，而另一方面又需要提高性能，以便通過(guò)在更小的體積中安裝更多天線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)來(lái)利用更多的頻段。就體積和效率而言，天線(xiàn)設(shè)計(jì)人員漸已達(dá)到物理設(shè)計(jì)的極限，一旦縮小天線(xiàn)體積，效率即會(huì)下降。可調(diào)諧天線(xiàn)解決了多頻段、多模式手機(jī)中的這一問(wèn)題，并且能夠擴(kuò)展手機(jī)的工作頻率范圍，例如從美國(guó)GSM850切換到歐洲GSM900，同時(shí)尺寸和效率保持不變。在多用途設(shè)備中，發(fā)送短信、通話(huà)或?yàn)g覽網(wǎng)絡(luò)會(huì)涉及到不同的頭部和手部位置，這會(huì)給天線(xiàn)提供不同的負(fù)載阻抗，導(dǎo)致天線(xiàn)失諧和信號(hào)質(zhì)量下降。可調(diào)諧阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)則能根據(jù)條件變化隨機(jī)應(yīng)變，恢復(fù)失諧的信號(hào)。

　　升壓DC/DC開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器工作頻率為650 kHz/1300 kHz

　　ADP1613升壓轉(zhuǎn)換器采用2.5 V至5.5 V單電源供電，卻能夠提供150 mA以上的電流和高達(dá)20 V的電壓。通過(guò)將一個(gè)2 A、0.13 ?功率開(kāi)關(guān)與一個(gè)電流模式脈寬調(diào)制調(diào)節(jié)器集成在一起，其輸出隨輸入電壓、負(fù)載電流和溫度變化而改變的幅度不到1%。工作頻率可通過(guò)引腳選擇，并可通過(guò)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)高效率或最小外部元件尺寸：650 kHz時(shí)，其效率可達(dá)到90%;1.3 MHz時(shí)，其電路能夠以最小空間實(shí)現(xiàn)，因而非常適合便攜式設(shè)備和液晶顯示器中的空間受限環(huán)境?？烧{(diào)軟啟動(dòng)電路可將浪涌電流降至最小，從而確保安全、可預(yù)測(cè)的啟動(dòng)條件。ADP1613在開(kāi)關(guān)狀態(tài)下的功耗為2.2 mA，在非開(kāi)關(guān)狀態(tài)下的功耗為700 ?A，而在關(guān)斷模式下的功耗為10 nA。它采用8引腳MSOP封裝，額定溫度范圍為–40℃至+85℃，千片訂量報(bào)價(jià)為0.70美元/片。

　　四通道12位DAC提供高壓輸出

　　四通道12位高壓DACAD5504提供引腳可選的0 V至30 V或0 V至60 V輸出范圍。該器件功能完整，內(nèi)置精密基準(zhǔn)電壓源、溫度傳感器、四個(gè)雙緩沖DAC和四個(gè)高壓放大器。上電時(shí)，數(shù)字部分使能并設(shè)置為已知狀態(tài)，模擬部分則保持禁用狀態(tài)，直到通過(guò)SPI端口發(fā)出上電命令。如果芯片溫度超過(guò)110°C，溫度傳感器將斷開(kāi)模擬輸出，并設(shè)置一個(gè)報(bào)警標(biāo)志。在30 V模式下，AD5504的最大微分非線(xiàn)性(DNL)額定值為1 LSB，而最大積分非線(xiàn)性(INL)額定值為3 LSB。它采用10 V至62 V和2.3 V至5.5 V電源供電，正常模式下的功耗為2 mA，而掉電模式下的功耗為30 mA。它采用16引腳TSSOP封裝，額定溫度范圍為–40℃至+105℃。