在基站應用中采用分立元件控制功放

使用了控制邏輯電路之后，可以對電流傳感器和溫度傳感器的輸出進行連續(xù)的監(jiān)測。在對傳感器的讀數(shù)進行監(jiān)測的同時，利用數(shù)字電位器或DAC對功放柵極電壓進行動態(tài)控制，可以維持一個最佳的偏置狀態(tài)。對于柵極電壓所需的控制量將決定DAC的分辨率。電訊公司一般在基站設(shè)計中使用多個功放，如圖2所示，因為這樣可以在對每個RF載波設(shè)備選擇功放時，提供更多的靈活性。每個功放可以針對一個具體的調(diào)制方案而優(yōu)化。并行連接功放也可以改善線性度和總效率。在這種情況下，功放也許要求用多個增益級級聯(lián)，包括使用一些可變增益放大器(VGA)和預驅(qū)動，以滿足增益和效率的要求。一個多通道DAC可以完成這些功能塊中的各種電平設(shè)定和增益控制的要求。
 
圖3 功率檢測

為了對功放的柵極電壓實現(xiàn)精確控制，如ADI公司的AD5321、AD5627和AD5625，這些ADC可以提供12位的單路、兩路和四路輸出。這些器件具有極好的源電流和灌電流的能力，在大多數(shù)情況下就不再需要使用輸出緩沖器了。這些電路兼有低功耗、單調(diào)性和快速穩(wěn)定時間的優(yōu)點，可以在應用中實現(xiàn)精確的電壓電流設(shè)定。

在精度不是最主要的考慮因素、8位的分辨率可接受的應用中，數(shù)字電位計是一種更低成本的選擇。這些電位計與機械式的電位計或可變電阻具有相同的電子調(diào)節(jié)功能，而且具有更好的分辨率、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)字電位計在時分雙工(TDD)RF應用中是理想的選擇；在這種應用中的TDD接收期間，功放是關(guān)閉的，在發(fā)送期間，功放是用固定柵壓且導通的。這個可編程的啟動電壓降低了開啟延遲，并且改善了在開啟功放晶體管時進入發(fā)射狀態(tài)時的效率。在接收期間可以關(guān)斷功放晶體管的能力，避免了發(fā)射噪聲對接收信號的破壞。這個技術(shù)也改善了功放的總效率。根據(jù)通道數(shù)量、接口類型、分辨率和對非易失性存儲器的要求，有眾多的數(shù)字電位計可供選擇。，例如ADI公司的AD5172—256個位置、一次編程和雙通道的I2C電位計，非常適合于RF放大器中的電平設(shè)置。

對功放輸出端上復雜的RF信號的功率電平進行精確測量，可以實現(xiàn)對放大器增益更強的控制，從而優(yōu)化了器件的效率與線性度。使用均方根值(rms)的功率檢測器，可以實現(xiàn)從W-CDMA、EDGE和UMTS的蜂窩基站中的RF信號中提取出精確的均方根功率電平。

在圖3中，功率檢測器的輸出被連接到了功放的增益控制端。基于VOUT和RF輸入信號之間的確定關(guān)系，功率檢測器將對VOUT端(VOUT現(xiàn)在是一個誤差放大器的輸出)的電壓進行調(diào)節(jié)，直到RF輸入的電平與所設(shè)置的VSET保持一致。其中的ADC與DAC構(gòu)成了一個反饋環(huán)路，而這個反饋環(huán)路對功率檢測器的輸出進行跟蹤，并且對它的VSET輸入進行調(diào)節(jié)。這個增益的控制方法可以使用于信號鏈的前幾級中的可變增益放大器(VGA)和可變電壓放大器(VVA)。為了對發(fā)射功率和接收功率都進行測試，可以使用已有的雙路功率檢測器，對兩個復合信號實現(xiàn)同時檢測。在功放之前存在VGA或者前置驅(qū)動器的系統(tǒng)中，就只需要一個功率檢測器。在這種情況下，兩個器件中的一個器件的增益是固定的，而VOUT則饋送到另一個器件的控制輸入端。
 
圖4 模擬比較器控制環(huán)路
 
圖5 采用分立器件實現(xiàn)功率放大器的監(jiān)測和控制

當高壓電源線上檢測到電壓尖峰，或超范圍的大電流的時候，由于數(shù)字控制環(huán)路的速度不夠快，因而無法保護器件不受損壞。數(shù)字控制環(huán)路由下列部分組成：高端電流感應的電流傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以及用來處理數(shù)字量的外部控制邏輯。如果環(huán)路確定出電源線上的電流太大，那么，它就向DAC發(fā)出一個命令，以降低柵極電壓或關(guān)斷此部分。根據(jù)模擬比較器的輸出來配合RF開關(guān)，以控制輸入到功放的RF信號，如圖4所示。如果在電源線上檢測到了大電流，那就可以切斷RF信號，以防止功放被損壞。使用一個模擬比較器意味著不需要數(shù)字處理，所以環(huán)路控制就快得多。電流傳感器的輸出電壓可以直接與DAC設(shè)置的固定電壓進行比較。當在電流傳感器輸出端上產(chǎn)生一個高于固定電壓的電壓時，比較器可以控制RF開關(guān)上的一個控制引腳，使其電平翻轉(zhuǎn)，并能立即切斷功放柵極的RF信號。

使用分立元件的一個典型功放監(jiān)測和控制結(jié)構(gòu)如圖5所示。其中被監(jiān)測和控制的放大器僅是功放本身，但信號鏈中的任何一個放大器都可以用這個方法來進行監(jiān)測和控制。所有的分立元件都是通過同一個數(shù)據(jù)總線進行操作的，在本例中則是I2C數(shù)據(jù)總線，采用主控制器來實現(xiàn)控制。

從設(shè)計的觀點來看，使用分立元件實現(xiàn)監(jiān)測和控制的主要優(yōu)點是，我們可以從一組經(jīng)過量身定制而精選的產(chǎn)品中選擇這些元件。供應商們正在設(shè)計由各種增益級和控制技術(shù)組成的、前所未有復雜性的功放的前端信號鏈?，F(xiàn)有的多通道ADC和DAC是用于不同的系統(tǒng)劃分和架構(gòu)的理想選擇，允許設(shè)計者實現(xiàn)成本有效的分布式控制。