基站應用中功放的分立控制和集成控制

　　將溫度傳感器的輸出電壓、漏極電流以及其他數據通過(guò)多路復用器輸入ADC，可以將溫度測量結果轉換為用于監測的數字量。根據系統配置，可能有必要在電路板上使用好幾個(gè)溫度傳感器。例如，如果使用了多個(gè)功放，或者在前端需要若干個(gè)預驅動(dòng)，那么，對于每個(gè)放大器使用一個(gè)溫度傳感器就可以對系統提供更好的控制能力。為了監測電流傳感器和溫度傳感器，可以使用ADI公司的AD7992、AD7994和AD7998多通道12-bit ADC，用于將模擬測量結果轉換為數字量。

　　使用控制邏輯電路或者微控制器，可以對電流傳感器和溫度傳感器的數字量進(jìn)行連續的監測。在監測傳感器的讀數和處理數字輸出的同時(shí)，利用數字電位計或DAC對功放柵極電壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，可以維持一個(gè)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。電訊公司通常在基站設計中使用多個(gè)功放，如圖2所示，這樣可以在針對每個(gè)RF載波設備選擇功放時(shí)，提供更多的靈活性，并且每個(gè)功放可以針對一個(gè)具體的調制方案而優(yōu)化。并行連接功放也可以改善線(xiàn)性度和總效率。在這種情況下，功放可能要求使用多個(gè)增益級級聯(lián)，包括使用可變增益放大器（VGA）和預驅動(dòng)，以滿(mǎn)足增益和效率的要求。多通道DAC可以完成這些功能塊中的各種電平設定和增益控制的要求。

　　圖2 典型的高功率放大器信號鏈

　　為了對功放的柵極電壓實(shí)現精確控制，ADI公司的12 bit DAC AD5622、AD5627和AD5625分別能夠提供的單路、兩路和四路輸出。這些器件的內部緩沖器具有極好的源電流和灌電流的能力，在大多數應用中可以不必使用外部緩沖器。同時(shí)兼有低功耗、單調性和快速穩定時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)，適于精確的電平設置應用。

　　在精度不是最主要的考慮因素且8-bit的分辨率可被接受的應用中，數字電位計是一種性?xún)r(jià)比更高的選擇。這些數字調節可變電阻執行的電子調節功能與機械式電位計或可變電阻相同，而且具有更高的分辨率、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）的數字電位計在時(shí)分雙工（TDD）RF應用中是理想的選擇；在TDD接收期間，功放關(guān)閉，在發(fā)送期間，功放通過(guò)固定柵壓導通。這種預編程的啟動(dòng)電壓降低了開(kāi)啟延遲，并且改善了開(kāi)啟功放晶體管時(shí)進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)的效率。而在接收期間關(guān)斷功放晶體管的能力，避免了發(fā)射電路噪聲對接收信號的破壞，并且提高了功放的總效率。根據通道數量、接口類(lèi)型、分辨率和對非易失性存儲器的要求，有眾多的數字電位計可供選擇。例如ADI公司的AD5172，這是一款256個(gè)位置、一次編程、雙通道的I2C®電位計，非常適合于RF放大器中的電平設置應用。

　　為了監測和控制增益，實(shí)現最優(yōu)的線(xiàn)性度和效率，有必要精確測量功放輸出端上復雜的RF信號的功率電平。ADI公司的AD8362TruPower™均方根功率檢測器能夠在50 Hz～3.8 GHz的頻率范圍內提供65 dB的動(dòng)態(tài)范圍，可以實(shí)現W-CDMA、EDGE和UMTS蜂窩基站中的典型RF信號的均方根功率電平的精確測量。

　　在圖3中，功率檢測器的輸出VOUT被連接到功放的增益控制端以調節功放的增益。功放的輸出電壓驅動(dòng)天線(xiàn)；定向耦合器對該方向中的功放輸出電壓進(jìn)行采樣，使其適當衰減，并且將其施加到功率檢測器。將功率檢測器的輸出，即發(fā)射輸出信號的均方根測量結果同DAC編程的值VSET比較，并且調節功放增益，使差值為零。這樣VSET可以精確地設定功率增益。ADC的輸出，即VOUT的數字測量結果被饋送到一個(gè)較大的反饋回路，而這個(gè)反饋回路可以對AD8362測量的發(fā)射功率輸出進(jìn)行跟蹤，確定VSET值和系統決定的增益要求。

　　圖3 功率檢測

　　這種增益控制方法可以與信號路前幾級中的可變增益放大器（VGA）和可變電壓放大器（VVA）結合使用。為了對發(fā)射功率和接收功率都進(jìn)行測量，ADI公司的AD8364雙路功率檢測器可以同時(shí)測量?jì)蓚€(gè)復合輸入信號。在使用VGA或預驅動(dòng)、且僅需要一個(gè)功率檢測器的系統中，兩個(gè)器件中其中一個(gè)的增益是固定的，而VOUT則饋送到另一個(gè)器件的控制輸入端。

　　如果反饋回路確定出電源線(xiàn)上的電流太大，則向DAC發(fā)出一個(gè)命令，以降低柵極電壓或關(guān)斷此部分。然而，在某些應用中，如果高壓電源線(xiàn)上出現電壓尖峰或者超范圍的大電流，那么，由于數字控制回路檢測高端電流、將信號轉換為數字量并且利用外部控制邏輯電路對數字量進(jìn)行處理的速度不夠快，因而無(wú)法保護器件不受損壞。

　　在模擬方法中，使用一個(gè)ADI公司的ADCMP371比較器和一個(gè)RF開(kāi)關(guān)控制輸入到功放的RF信號，如圖4所示。電流檢測放大器的輸出電壓可以直接與DAC設定的固定電壓比較。當電流傳感器輸出端上產(chǎn)生的電壓高于設定電壓時(shí)，比較器可以控制RF開(kāi)關(guān)上的一個(gè)控制引腳，使其電平翻轉，并立即切斷功放柵極的RF信號，防止功放被損壞。這個(gè)直接控制方法繞過(guò)了數字處理，因此速度更快，并且能夠提供更好的校準。

　　圖4 使用模擬比較器的控制環(huán)路保護

　　綜上所述，使用分立元件的一個(gè)典型功放監測和控制結構如圖5所示。其中監測和控制的僅是功放本身，但是這一原理可應用于信號鏈中對任一放大器的控制。使用主控制器控制所有的分立元件，并且在同一個(gè)I2C數據總線(xiàn)上進(jìn)行操作。