RF功率控制電路的電壓級(jí)設(shè)定

 
       典型的現(xiàn)代通信信號(hào)鏈由發(fā)射和接收端組成，兩個(gè)部分都需要RF(射頻)功率監(jiān)測(cè)和控制(圖1)。目前，在兩部分電路中，RF功率的監(jiān)測(cè)通常都采用將功率監(jiān)測(cè)和基于基準(zhǔn)電壓設(shè)定點(diǎn)的自動(dòng)增益控制(AGC)技術(shù)結(jié)合起來的技術(shù)。接收端的信號(hào)監(jiān)測(cè)往往是在中頻(IF)完成的，而發(fā)射端的功率監(jiān)測(cè)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(gè)可變?cè)鲆娣糯笃?variable-gain amplifier，VGA)，或者通過調(diào)節(jié)功率放大器(PA)的偏壓直接對(duì)RF信號(hào)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(cè)和自動(dòng)增益控制技術(shù)常常被同時(shí)用于監(jiān)測(cè)RF功率。 


       接收側(cè)必須能夠處理不同強(qiáng)度的信號(hào)。例如，天氣變化或者發(fā)射源相對(duì)于接收機(jī)的快速移動(dòng)，都會(huì)造成信號(hào)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(hào)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(gè)動(dòng)態(tài)范圍來提供一個(gè)恒定的信號(hào)功率級(jí)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，可以采用一個(gè)或者多個(gè)VGA來對(duì)輸入信號(hào)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?cè)鲆娣糯筮€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(gè)檢測(cè)器進(jìn)行測(cè)量，該檢測(cè)器又產(chǎn)生與其輸入信號(hào)rms成正比的DC電壓。該DC電壓與一個(gè)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(duì)應(yīng)于接收信號(hào)的理想rms電壓值(要為ADC進(jìn)行處理)，它使得VGA對(duì)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(gè)電位計(jì)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(diǎn)電壓必須是數(shù)字可編程的，因此往往采用一個(gè)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?？梢圆捎猛换続GC電路，但此時(shí)發(fā)射功率可能需要得到動(dòng)態(tài)的調(diào)整。溫度或者電池電壓的變化會(huì)使功率放大器(PA)的輸出出現(xiàn)波動(dòng)。為了維持信號(hào)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(duì)PA的輸出進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)信號(hào)是通過一個(gè)定向耦合器從輸出信號(hào)功率中抽取一小部分信號(hào)來獲得的，這部分信號(hào)被反饋給一個(gè)對(duì)數(shù)放大器，而后與一個(gè)設(shè)定電壓值(Vset)進(jìn)行比較。測(cè)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(dòng)作，調(diào)整VGA 的偏壓。其結(jié)果是實(shí)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(diǎn)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(gè)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(duì)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(duì)環(huán)路進(jìn)行校準(zhǔn)(因?yàn)椴考g存在著參數(shù)值的波動(dòng))。對(duì)于linear-in-dB傳遞函數(shù)來說，簡單的2點(diǎn)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(duì)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(jì)算出輸出功率與電壓設(shè)定點(diǎn)間的關(guān)系。如果檢測(cè)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(gè)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(dòng)態(tài)范圍，因此只能使用與誤差放大器的輸入范圍相對(duì)應(yīng)的代碼。另外，也可以對(duì)DAC的輸出進(jìn)行縮放，以便與誤差放大器的輸入實(shí)現(xiàn)匹配，從而增強(qiáng)對(duì)增益的控制分辯率(按dB/代碼縮放)。 


       顯然， 功率級(jí)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?，功率和封裝尺寸就變成關(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(gè)2.7V~5.5V電源供電時(shí)，它消耗的最大電流為100mA。對(duì)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(diǎn)使得該種器件成為RF功率控制電路進(jìn)行電壓級(jí)設(shè)定的理想選擇。