用于射頻功率放大器的數(shù)字電位器

一種革新的技術(shù)采用命名為數(shù)字控制的電位器（DCP）使設(shè)計(jì)師能從根本上改善RF功率放大器的成本和可靠性。這在要求嚴(yán)格的應(yīng)用為采用高線性和高效率的LDMOS技術(shù)的蜂窩電話基站是特別有價(jià)值的。

新一代DCP沒(méi)有電荷泵，所以沒(méi)有可以傳導(dǎo)到滑片上的外部噪聲（甚至在編程時(shí)）。因此，有可能給DCP動(dòng)態(tài)編程而仍保持放大器上的連續(xù)波功率（滑片電阻實(shí)現(xiàn)新舊狀態(tài)的平滑過(guò)渡）。

這對(duì)于重新偏置合用不同調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)的放大器來(lái)說(shuō)是個(gè)重要問(wèn)題，因而可能要求不同的工作點(diǎn)以及到最佳性能。DCP已在全世界通信網(wǎng)絡(luò)上安裝的商用功率放大器上確立了幾百萬(wàn)不出問(wèn)題的現(xiàn)場(chǎng)工作小時(shí)。

偏置問(wèn)題

功率放大器設(shè)計(jì)的最重要的方面之一是偏置網(wǎng)絡(luò)必須抵制RF功率。在凡是有可能的場(chǎng)合采用高阻抗源 極就能達(dá)到這個(gè)目的。凡是采用了低阻抗源極的地方，保持良好的去耦狀態(tài)是十分必要的，以充分利用晶體管的性能。

在FET漏極（GaAs或LDMOS），采用低阻抗偏壓供電是必要的。對(duì)于非A類偏置的晶體管來(lái)說(shuō)，電流對(duì)輸出功率的特性曲線是動(dòng)態(tài)的，并且任何殘余電源阻抗都引起漏極電壓調(diào)幅。

圖：在RF功效應(yīng)用中使用數(shù)字電位計(jì)，設(shè)計(jì)者能在諸如蜂窩電話基站等應(yīng)用中節(jié)約成本，提高可靠性。

多數(shù)商用功率放大器通常有最大10%的帶寬，因而供給漏極電流是可能的。對(duì)寬帶應(yīng)用來(lái)說(shuō)，使用一個(gè)電感給漏極加

偏壓

偏壓可通過(guò)一個(gè)表面貼裝電阻饋送到晶體管柵極匹配網(wǎng)絡(luò)上。通常電阻為幾百歐姆以確保通過(guò)這個(gè)電阻漏到偏置網(wǎng)絡(luò)的RF功率最小。

由于柵極是極高阻抗的并且因而所需電流可以忽略不計(jì)，所以采用現(xiàn)成的最小封裝尺寸（通常是0603）是可能的。這就減少了任何封裝的寄生諧振的影響、使穩(wěn)定性和性能最高。

對(duì)于LDMOS應(yīng)用來(lái)說(shuō)，可采用簡(jiǎn)單的模擬補(bǔ)償方案或者用DSP控制DCP來(lái)實(shí)現(xiàn)熱補(bǔ)償。溫度引起的柵壓變化（在恒定漏極電流情況下）約為-2mVK-1。通常，補(bǔ)償常數(shù)將與這里說(shuō)的稍有差別以維持恒定的增益-溫度響應(yīng)。

靜態(tài)電流

不同應(yīng)用的偏置（靜態(tài)電流）要求也不同，但對(duì)于單載波功率放大器而言，1%的Idq-opt靜態(tài)電流調(diào)諧分辨能力已經(jīng)夠了（Idq-opt是典型的偏置條件，當(dāng)一個(gè)器件是AB類偏置時(shí)，它提供最大的動(dòng)態(tài)增益平直性和幾乎最佳的雙音三階互調(diào)制失真）。采用8位DCP為Xicor的X9258或X9250T就很容易達(dá)到這個(gè)條件。

某些應(yīng)用，為多載波功率放大器，可能要求較精細(xì)的偏壓控制或較大的動(dòng)態(tài)范圍，以便使動(dòng)態(tài)增益平直性達(dá)到最佳。在某些情況下，實(shí)際上完全改變偏置的種類（傳導(dǎo)角），從A類、AB類到B類和可能的其它類，或許是有利的。

在緩沖運(yùn)算放大器輸入采用兩個(gè)DCP和一個(gè)加權(quán)求和網(wǎng)絡(luò)也容易達(dá)到上述目的--有效地把位分辨率加倍。兩個(gè)連接在一起的6位（64滑片位置）DCP能達(dá)到12位（4096滑片位置）分辨率。

選擇R1/R2之比與抽頭點(diǎn)數(shù)相等（這時(shí)6位相當(dāng)于64位置），可能得到4000多滑片位置的分辨率。這個(gè)做法不僅是以為L(zhǎng)DMOS器件提供高分辨率偏置，同時(shí)也為晶體管提供最大的靈活性，使它能偏置在任何一類。

Xicor的X9250數(shù)字電位器一般能提供要求的電壓分辨率，尤其是在輸出電壓范圍受到條件限制的時(shí)候。只要給電位器的高端和低端選定上下極限就可以了。此外，運(yùn)算放大器緩沖器容許為范圍調(diào)整和采用補(bǔ)償增加更大的靈活性。

典型的LDMOS晶體管要求約2.5mV的柵壓變化以便引起漏極電流1%的變化。因此，用一個(gè)8位電位器在1%分辨率的整6V范圍內(nèi)調(diào)諧是可能的。利用上述兩個(gè)6位電位器的實(shí)例為有1%分辨率的整個(gè)10V范圍提供了（調(diào)諧）的可能性，然而正常情況下將降低（電壓）范圍以便維持較高的分辨率。

芯片上的存儲(chǔ)器

芯片上的存儲(chǔ)器是大部分DCP系列都有另一個(gè)特點(diǎn)。它使設(shè)計(jì)師能給每個(gè)電位器裝入四個(gè)值的置位，并在任何時(shí)候把存儲(chǔ)器寄存器指定給電位器。

一般來(lái)說(shuō)，沒(méi)有必要使用這些存儲(chǔ)器設(shè)定。在正常情況下，這種設(shè)定是由外部處理器和存儲(chǔ)器儲(chǔ)存和控制的。給滑片寄存器重新輸出新值并不會(huì)在滑片上引起寄生噪聲。這允許RF在上電時(shí)對(duì)功放偏置動(dòng)態(tài)編程,，無(wú)有害的（甚至可察覺(jué)的）結(jié)果。

在理論上，這是改變晶體管偏置條件的最壞時(shí)機(jī)，因?yàn)槠珘弘娫瓷系娜魏渭夥宥紩?huì)導(dǎo)致大量的晶體管電源電流，加強(qiáng)了RF 的功率，可能有致命的后果。存儲(chǔ)器設(shè)定很可能用于很多功率放大器的設(shè)計(jì)特性。

數(shù)字熱補(bǔ)償

熱狀態(tài)由系統(tǒng)的微控制器監(jiān)控?？捎貌楸矸ɑ蛩惴▉?lái)計(jì)算晶體管的最佳工作點(diǎn)。離散值的預(yù)置表在生產(chǎn)時(shí)間裝入存儲(chǔ)器，并在必要時(shí)裝入滑片寄存器。

柵極電壓（Vg）/漏極電流（Id）漂移補(bǔ)償

LDMOS晶體管由于時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而受到性能漂移的傷害。基本的影響是要求稍微增加?xùn)烹妷阂跃S持規(guī)定的漏極電流。LDMOS的加工工藝?yán)^續(xù)精化，電流漂移的數(shù)字是20年漂移5%。大部分漂移發(fā)生在發(fā)貨前在工廠內(nèi)給放大器加電試驗(yàn)的時(shí)候。漂移還和工藝截止頻率成正比。

其它射頻應(yīng)用

DCP可廣泛地用于其RF應(yīng)用。一個(gè)好的實(shí)例是向量調(diào)制器。向量調(diào)制器的目的是處理任意信號(hào)，使它的振幅和相位能在有控制的狀態(tài)下變化。最近，采用向量調(diào)制器已經(jīng)成為線性化放大系統(tǒng)復(fù)雜增益調(diào)整的流行方法，既用于前饋也用于預(yù)矯正。

向量調(diào)制器包括一個(gè)3dB 90