監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來(lái)自電流傳感器和溫度傳感器的數字信息進(jìn)行連續監控。通過(guò)數字電位計或DAC來(lái)動(dòng)態(tài)控制PA柵極電壓，同時(shí)監控傳感器的讀數，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。在基站設計中，電信公司普遍采用多個(gè)PA(圖2)，因為這樣在為每個(gè)射頻(RF)載波選擇PA時(shí)可提供更大的靈活性。每個(gè)PA都可以針對某一特殊調制方案進(jìn)行優(yōu)化。并聯(lián)多個(gè)PA還能提高線(xiàn)性度和總體效率。這種情況下，PA可能需要多個(gè)級聯(lián)增益級，包括可變增益放大器(VGA)和前置驅動(dòng)器級，以滿(mǎn)足增益和效率要求。多通道DAC可以滿(mǎn)足這些模塊的不同電平設置和增益控制要求。
圖2：包含一個(gè)可變增益放大器(VGA)、多個(gè)前置驅動(dòng)器級和輸出級的典型蜂窩基站放大器鏈路。
為實(shí)現對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電流和汲取電流能力，在大多數應用中無(wú)需輸出緩沖器。通過(guò)結合低功耗、保證單調性和快速建立時(shí)間等特性，能夠實(shí)現精確的電平設置應用。
若精度不是主要規格，且可以接受8位分辨率，則數字電位計是更具成本效益的選擇。數字電位計具有與機械電位計或可變電阻器相同的電子調節功能，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)數字電位計非常適合時(shí)分雙工(TDD)RF應用，其中，PA在TDD接收期間關(guān)斷，在發(fā)射期間通過(guò)固定柵極電壓導通。這種預先編程的啟動(dòng)電壓在PA晶體管導通進(jìn)入發(fā)射階段時(shí)可減小導通延遲，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。這種技術(shù)還能提高PA的總體效率。根據通道數目、接口類(lèi)型、分辨率和非易失性存儲器要求的不同，有大量數字電位計可供這類(lèi)應用選擇。256抽頭、一次性可編程、雙通道的I2C電位計(如ADI公司的AD5172)就非常適合RF放大器中的電平設置應用。
通過(guò)精確測量PA輸出端的復雜RF信號的功率水平，可以對放大器增益進(jìn)行更好的控制，從而優(yōu)化器件的效率和線(xiàn)性度。利用均方根(RMS)功率檢測器，可以從WCDMA、EDGE和UMTS蜂窩基站中的RF信號提取精確的RMS功率電平。
圖3顯示了一個(gè)簡(jiǎn)單的控制環(huán)路，其中，功率檢測器的輸出被連接到PA的增益控制端?；谳敵鲭妷篤OUT與RF輸入信號之間的既定關(guān)系，功率檢測器將調節VOUT上的電壓(VOUT現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相對應。加上ADC便構成完整的反饋環(huán)路，它能夠跟蹤功率檢測器的輸出，并調節其VSET輸入。這種增益控制方法可用于信號鏈前幾級中使用的可變電壓放大器(VVA)和VGA。為測量發(fā)射和接收功率，可采用兩個(gè)功率檢測器同時(shí)測量?jì)蓚€(gè)復數輸入信號。在一個(gè)VGA或前置驅動(dòng)放大器位于PA之前的系統中，只需一個(gè)功率檢測器。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，功率檢測器的輸出被連接到功率放大器的增益控制端。
當在高壓供電線(xiàn)上檢測到電壓尖峰或過(guò)大電流時(shí)，某些應用中的數字控制環(huán)路可能不夠快，因而無(wú)法避免器件受損。數字控制環(huán)路包括：利用電流檢測來(lái)檢測高壓側電流、模數轉換以及通過(guò)外接控制邏輯處理數字數據。如果環(huán)路判斷出線(xiàn)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信號輸入(圖4)。如果在供電線(xiàn)上檢測到大電流，可以關(guān)斷RF信號以免損害PA。采用模擬比較器就意味著(zhù)不需要數字處理技術(shù)，因此控制環(huán)路要快得多。電流檢測的輸出電壓可以直接與DAC設置的固定電壓進(jìn)行比較。當電流檢測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，幾乎可以立即截斷輸入到PA柵極的RF信號。
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