監(jiān)控基站功率放大器的優(yōu)化方案
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利用控制邏輯可以對(duì)來(lái)自電流傳感器和溫度傳感器的數(shù)字信息進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控。通過(guò)數(shù)字電位計(jì)或DAC來(lái)動(dòng)態(tài)控制PA柵極電壓，同時(shí)監(jiān)控傳感器的讀數(shù)，可以保持最優(yōu)化的偏置條件。DAC的分辨率將由柵極電壓所需的控制水平來(lái)決定。在基站設(shè)計(jì)中，電信公司普遍采用多個(gè)PA(圖2)，因?yàn)檫@樣在為每個(gè)射頻(RF)載波選擇PA時(shí)可提供更大的靈活性。每個(gè)PA都可以針對(duì)某一特殊調(diào)制方案進(jìn)行優(yōu)化。并聯(lián)多個(gè)PA還能提高線性度和總體效率。這種情況下，PA可能需要多個(gè)級(jí)聯(lián)增益級(jí)，包括可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)和前置驅(qū)動(dòng)器級(jí)，以滿足增益和效率要求。多通道DAC可以滿足這些模塊的不同電平設(shè)置和增益控制要求。
圖2：包含一個(gè)可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)、多個(gè)前置驅(qū)動(dòng)器級(jí)和輸出級(jí)的典型蜂窩基站放大器鏈路。
為實(shí)現(xiàn)對(duì)PA柵極的精確控制，ADI公司的AD5321、AD5627和AD5625等DAC分別提供12位單路、雙路和四路輸出。這些器件具有非常出色的供應(yīng)電流和汲取電流能力，在大多數(shù)應(yīng)用中無(wú)需輸出緩沖器。通過(guò)結(jié)合低功耗、保證單調(diào)性和快速建立時(shí)間等特性，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的電平設(shè)置應(yīng)用。
若精度不是主要規(guī)格，且可以接受8位分辨率，則數(shù)字電位計(jì)是更具成本效益的選擇。數(shù)字電位計(jì)具有與機(jī)械電位計(jì)或可變電阻器相同的電子調(diào)節(jié)功能，而且提供更高的分辨率、固態(tài)可靠性和出色的溫度性能。非易失性、一次性可編程(OTP)數(shù)字電位計(jì)非常適合時(shí)分雙工(TDD)RF應(yīng)用，其中，PA在TDD接收期間關(guān)斷，在發(fā)射期間通過(guò)固定柵極電壓導(dǎo)通。這種預(yù)先編程的啟動(dòng)電壓在PA晶體管導(dǎo)通進(jìn)入發(fā)射階段時(shí)可減小導(dǎo)通延遲，并提高效率。能夠在接收期間關(guān)斷PA晶體管可避免發(fā)射噪聲破壞接收信號(hào)。這種技術(shù)還能提高PA的總體效率。根據(jù)通道數(shù)目、接口類型、分辨率和非易失性存儲(chǔ)器要求的不同，有大量數(shù)字電位計(jì)可供這類應(yīng)用選擇。256抽頭、一次性可編程、雙通道的I2C電位計(jì)(如ADI公司的AD5172)就非常適合RF放大器中的電平設(shè)置應(yīng)用。
通過(guò)精確測(cè)量PA輸出端的復(fù)雜RF信號(hào)的功率水平，可以對(duì)放大器增益進(jìn)行更好的控制，從而優(yōu)化器件的效率和線性度。利用均方根(RMS)功率檢測(cè)器，可以從WCDMA、EDGE和UMTS蜂窩基站中的RF信號(hào)提取精確的RMS功率電平。
圖3顯示了一個(gè)簡(jiǎn)單的控制環(huán)路，其中，功率檢測(cè)器的輸出被連接到PA的增益控制端。基于輸出電壓VOUT與RF輸入信號(hào)之間的既定關(guān)系，功率檢測(cè)器將調(diào)節(jié)VOUT上的電壓(VOUT現(xiàn)在是誤差放大器輸出)直到RF輸入端的電平與所施加的控制電壓VSET相對(duì)應(yīng)。加上ADC便構(gòu)成完整的反饋環(huán)路，它能夠跟蹤功率檢測(cè)器的輸出，并調(diào)節(jié)其VSET輸入。這種增益控制方法可用于信號(hào)鏈前幾級(jí)中使用的可變電壓放大器(VVA)和VGA。為測(cè)量發(fā)射和接收功率，可采用兩個(gè)功率檢測(cè)器同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)復(fù)數(shù)輸入信號(hào)。在一個(gè)VGA或前置驅(qū)動(dòng)放大器位于PA之前的系統(tǒng)中，只需一個(gè)功率檢測(cè)器。此時(shí)，其中一個(gè)器件的增益是固定的，而VOUT為另一個(gè)器件提供控制輸入。
圖3：在這個(gè)簡(jiǎn)單控制環(huán)路中，功率檢測(cè)器的輸出被連接到功率放大器的增益控制端。
當(dāng)在高壓供電線上檢測(cè)到電壓尖峰或過(guò)大電流時(shí)，某些應(yīng)用中的數(shù)字控制環(huán)路可能不夠快，因而無(wú)法避免器件受損。數(shù)字控制環(huán)路包括：利用電流檢測(cè)來(lái)檢測(cè)高壓側(cè)電流、模數(shù)轉(zhuǎn)換以及通過(guò)外接控制邏輯處理數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。如果環(huán)路判斷出線路電流過(guò)大，它會(huì)向DAC發(fā)送一個(gè)命令以降低柵極電壓或者關(guān)斷該部分電源。
可以使用模擬比較器通過(guò)一個(gè)RF開(kāi)關(guān)來(lái)控制PA的RF信號(hào)輸入(圖4)。如果在供電線上檢測(cè)到大電流，可以關(guān)斷RF信號(hào)以免損害PA。采用模擬比較器就意味著不需要數(shù)字處理技術(shù)，因此控制環(huán)路要快得多。電流檢測(cè)的輸出電壓可以直接與DAC設(shè)置的固定電壓進(jìn)行比較。當(dāng)電流檢測(cè)的輸出電壓高于該固定電壓時(shí)，比較器可觸發(fā)RF開(kāi)關(guān)上的一個(gè)控制引腳，幾乎可以立即截?cái)噍斎氲絇A柵極的RF信號(hào)。
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