RF功率控制電路的電壓級設(shè)定

 
       典型的現(xiàn)代通信信號鏈由發(fā)射和接收端組成，兩個部分都需要RF(射頻)功率監(jiān)測和控制(圖1)。目前，在兩部分電路中，RF功率的監(jiān)測通常都采用將功率監(jiān)測和基于基準(zhǔn)電壓設(shè)定點的自動增益控制(AGC)技術(shù)結(jié)合起來的技術(shù)。接收端的信號監(jiān)測往往是在中頻(IF)完成的，而發(fā)射端的功率監(jiān)測則可以在RF 或IF部分完成。兩種最常見的方法是給控制鏈(往往在中頻)添加一個可變增益放大器(variable-gain amplifier，VGA)，或者通過調(diào)節(jié)功率放大器(PA)的偏壓直接對RF信號進(jìn)行控制。在某些情況下，兩種辦法都可能要用到。  

 

圖1 功率檢測和自動增益控制技術(shù)常常被同時用于監(jiān)測RF功率。 


       接收側(cè)必須能夠處理不同強(qiáng)度的信號。例如，天氣變化或者發(fā)射源相對于接收機(jī)的快速移動，都會造成信號強(qiáng)度的變化。理想情況下，為了最大限度增加用于完成接收信號數(shù)字化的模擬/數(shù)字變換器(ADC)的信/噪比(SNR)，總是希望通過利用ADC的整個動態(tài)范圍來提供一個恒定的信號功率級。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，可以采用一個或者多個VGA來對輸入信號進(jìn)行調(diào)節(jié)，使之成為AGC環(huán)路的一部分。此外，在采樣前進(jìn)行可變增益放大還能容許電路采用分辨率更低而采樣速率更高的ADC，這樣一來就保證了經(jīng)濟(jì)性。 


       增益放大器的輸出通過一個檢測器進(jìn)行測量，該檢測器又產(chǎn)生與其輸入信號rms成正比的DC電壓。該DC電壓與一個基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，所得到的差值則完成積分。這就構(gòu)成了為VGA提供的增益電壓的基礎(chǔ)。基準(zhǔn)電壓的設(shè)定對應(yīng)于接收信號的理想rms電壓值(要為ADC進(jìn)行處理)，它使得VGA對其輸出作出相應(yīng)的調(diào)整。該基準(zhǔn)往往是固定的，它能通過一個電位計產(chǎn)生。不過為了確保能獲得足夠的分辨率，以保證所期望的值，還要小心操作。  

  

圖2  設(shè)定點電壓必須是數(shù)字可編程的，因此往往采用一個DAC來提供相應(yīng)的電壓。 

       雖然在接收側(cè)，電壓的設(shè)定值要求較為簡單明了，但在發(fā)射端的情況卻較為復(fù)雜。可以采用同一基本AGC電路，但此時發(fā)射功率可能需要得到動態(tài)的調(diào)整。溫度或者電池電壓的變化會使功率放大器(PA)的輸出出現(xiàn)波動。為了維持信號的強(qiáng)度而且保證輻射不超出相關(guān)法規(guī)規(guī)定的范圍，要對PA的輸出進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測信號是通過一個定向耦合器從輸出信號功率中抽取一小部分信號來獲得的，這部分信號被反饋給一個對數(shù)放大器，而后與一個設(shè)定電壓值(Vset)進(jìn)行比較。測量到的功率與設(shè)定電壓值之間的差值將使誤差放大器動作，調(diào)整VGA 的偏壓。其結(jié)果是實現(xiàn)了輸出功率的重新校正，使之跟隨Vset。如果必須改變輸出功率的話，則也可以調(diào)整電壓設(shè)定值。 


       電壓設(shè)定點應(yīng)該可以通過數(shù)字化的編程方式來設(shè)定，因此常常通過一個數(shù)模變換器(常常稱為“輔助DAC”)來提供相應(yīng)的電壓。該環(huán)路的傳遞函數(shù)對Vset與輸出功率之間的關(guān)系有著極其重要的影響，故有必要對環(huán)路進(jìn)行校準(zhǔn)(因為部件間存在著參數(shù)值的波動)。對于linear-in-dB傳遞函數(shù)來說，簡單的2點校準(zhǔn)就足夠了。通過調(diào)節(jié)DAC電壓來提供一種接近全部規(guī)定功率的輸出功率水平，然后記錄輸入代碼，就可以完成這一過程。隨后，可以對DAC進(jìn)行調(diào)整，以提供接近于最小水平的輸出功率。該代碼也被記錄下來。這樣，就可以計算出輸出功率與電壓設(shè)定點間的關(guān)系。如果檢測器的傳遞函數(shù)是非線性的，則DAC的輸入代碼必須作出相應(yīng)的規(guī)劃。VGA的控制電壓無需十分精確，但它必須具有單調(diào)性。相應(yīng)的，DAC也應(yīng)該保證變化的單調(diào)性。
DAC的另一個關(guān)鍵要求是盡可能減小偏移。如果輸出偏移過大，發(fā)射機(jī)可能過早接通。更高分辨率的DAC可以實現(xiàn)對增益控制電壓的更有力控制。一般來說，誤差放大器的輸入范圍小于DAC的動態(tài)范圍，因此只能使用與誤差放大器的輸入范圍相對應(yīng)的代碼。另外，也可以對DAC的輸出進(jìn)行縮放，以便與誤差放大器的輸入實現(xiàn)匹配，從而增強(qiáng)對增益的控制分辯率(按dB/代碼縮放)。 


       顯然， 功率級設(shè)定DAC在現(xiàn)代通信裝置中有著重要的作用，而這些裝置中的大多數(shù)是依靠電池供電的手持式產(chǎn)品。一旦DAC具有所期望的分辨率，而且能產(chǎn)生恰當(dāng)?shù)碾妷悍秶β屎头庋b尺寸就變成關(guān)鍵性的考慮因素。Analog Devices公司的DAC系列產(chǎn)品中的AD5641，將14bit的分辨率與低功耗特性結(jié)合了起來，其封裝為緊湊的6引腳SC-70。以單個2.7V~5.5V電源供電時，它消耗的最大電流為100mA。對于可以忍受較低分辨率的應(yīng)用來說，廠商提供了8、10和12bit的版本。低功耗，保證單調(diào)性，先進(jìn)的偏移修調(diào)技術(shù)，緊湊的封裝外形，這些優(yōu)點使得該種器件成為RF功率控制電路進(jìn)行電壓級設(shè)定的理想選擇。