對(duì)功放的柵極電壓實(shí)現(xiàn)精確控制 - 基站中功放的分立控制和集成控制

　　在精度不是最主要的考慮因素且8-bit的分辨率可被接受的應(yīng)用中，數(shù)字電位計(jì)是一種性價(jià)比更高的選擇。這些數(shù)字調(diào)節(jié)可變電阻執(zhí)行的電子調(diào)節(jié)功能與機(jī)械式電位計(jì)或可變電阻相同，而且具有更高的分辨率、固態(tài)技術(shù)的可靠性以及卓越的溫度性能。非易失性和一次可編程(OTP)的數(shù)字電位計(jì)在時(shí)分雙工(TDD)RF應(yīng)用中是理想的選擇;在TDD接收期間，功放關(guān)閉，在發(fā)送期間，功放通過固定柵壓導(dǎo)通。這種預(yù)編程的啟動(dòng)電壓降低了開啟延遲，并且改善了開啟功放晶體管時(shí)進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)的效率。而在接收期間關(guān)斷功放晶體管的能力，避免了發(fā)射電路噪聲對(duì)接收信號(hào)的破壞，并且提高了功放的總效率。根據(jù)通道數(shù)量、接口類型、分辨率和對(duì)非易失性存儲(chǔ)器的要求，有眾多的數(shù)字電位計(jì)可供選擇。例如ADI公司的AD5172，這是一款256個(gè)位置、一次編程、雙通道的I2C?電位計(jì)，非常適合于RF放大器中的電平設(shè)置應(yīng)用。

　　為了監(jiān)測(cè)和控制增益，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的線性度和效率，有必要精確測(cè)量功放輸出端上復(fù)雜的RF信號(hào)的功率電平。ADI公司的AD8362 TruPower?均方根功率檢測(cè)器能夠在50 Hz～3.8 GHz的頻率范圍內(nèi)提供65 dB的動(dòng)態(tài)范圍，可以實(shí)現(xiàn)W-CDMA、EDGE和UMTS蜂窩基站中的典型RF信號(hào)的均方根功率電平的精確測(cè)量。

　　在圖3中，功率檢測(cè)器的輸出VOUT被連接到功放的增益控制端以調(diào)節(jié)功放的增益。功放的輸出電壓驅(qū)動(dòng)天線;定向耦合器對(duì)該方向中的功放輸出電壓進(jìn)行采樣，使其適當(dāng)衰減，并且將其施加到功率檢測(cè)器。將功率檢測(cè)器的輸出，即發(fā)射輸出信號(hào)的均方根測(cè)量結(jié)果同DAC編程的值VSET比較，并且調(diào)節(jié)功放增益，使差值為零。這樣VSET可以精確地設(shè)定功率增益。ADC的輸出，即VOUT的數(shù)字測(cè)量結(jié)果被饋送到一個(gè)較大的反饋回路，而這個(gè)反饋回路可以對(duì)AD8362測(cè)量的發(fā)射功率輸出進(jìn)行跟蹤，確定VSET值和系統(tǒng)決定的增益要求。

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　　圖3 功率檢測(cè)

　　這種增益控制方法可以與信號(hào)路前幾級(jí)中的可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)和可變電壓放大器(VVA)結(jié)合使用。為了對(duì)發(fā)射功率和接收功率都進(jìn)行測(cè)量，ADI公司的AD8364雙路功率檢測(cè)器可以同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)復(fù)合輸入信號(hào)。在使用VGA或預(yù)驅(qū)動(dòng)、且僅需要一個(gè)功率檢測(cè)器的系統(tǒng)中，兩個(gè)器件中其中一個(gè)的增益是固定的，而VOUT則饋送到另一個(gè)器件的控制輸入端。

　　如果反饋回路確定出電源線上的電流太大，則向DAC發(fā)出一個(gè)命令，以降低柵極電壓或關(guān)斷此部分。然而，在某些應(yīng)用中，如果高壓電源線上出現(xiàn)電壓尖峰或者超范圍的大電流，那么，由于數(shù)字控制回路檢測(cè)高端電流、將信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并且利用外部控制邏輯電路對(duì)數(shù)字量進(jìn)行處理的速度不夠快，因而無法保護(hù)器件不受損壞。

　　在模擬方法中，使用一個(gè)ADI公司的ADCMP371比較器和一個(gè)RF開關(guān)控制輸入到功放的RF信號(hào)，如圖4所示。電流檢測(cè)放大器的輸出電壓可以直接與DAC設(shè)定的固定電壓比較。當(dāng)電流傳感器輸出端上產(chǎn)生的電壓高于設(shè)定電壓時(shí)，比較器可以控制RF開關(guān)上的一個(gè)控制引腳，使其電平翻轉(zhuǎn)，并立即切斷功放柵極的RF信號(hào)，防止功放被損壞。這個(gè)直接控制方法繞過了數(shù)字處理，因此速度更快，并且能夠提供更好的校準(zhǔn)。

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　　圖4 使用模擬比較器的控制環(huán)路保護(hù)

　　綜上所述，使用分立元件的一個(gè)典型功放監(jiān)測(cè)和控制結(jié)構(gòu)如圖5所示。其中監(jiān)測(cè)和控制的僅是功放本身，但是這一原理可應(yīng)用于信號(hào)鏈中對(duì)任一放大器的控制。使用主控制器控制所有的分立元件，并且在同一個(gè)I2C數(shù)據(jù)總線上進(jìn)行操作。

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　　圖5采用分立器件實(shí)現(xiàn)功率放大器的監(jiān)測(cè)和控制

　　根據(jù)信號(hào)鏈的要求，在預(yù)驅(qū)動(dòng)級(jí)和末級(jí)中可能需要很多個(gè)放大器，用于增加天線前端信號(hào)的總功率增益。但是這些附加的功率增益級(jí)對(duì)功放的總效率有不良影響。為了將影響降至最低，必須監(jiān)測(cè)和控制驅(qū)動(dòng)器以優(yōu)化性能。例如，如圖2所示，用戶需要多個(gè)分立元件監(jiān)測(cè)溫度、功率、VGA的電壓電平，兩個(gè)預(yù)驅(qū)動(dòng)，以及兩個(gè)末級(jí)功放的增益。