淺析如何通過(guò)固化校準系數自動(dòng)調節射頻功放的輸出功率

如圖一所示，這是一套集成了功率監測模塊，實(shí)時(shí)控制模塊的無(wú)線(xiàn)發(fā)射機末端框圖。具體的工作過(guò)程已經(jīng)在上一期的博客中有比較詳細的介紹，這里不再一一陳述。

圖一 帶功率檢測模塊的無(wú)線(xiàn)發(fā)射機末端框圖

我們明白，如果要判定一個(gè)功放的輸出功率是否達到原本已經(jīng)設定的數值，必須要拿一個(gè)參考源作為基準，通過(guò)比較兩者之間差值大小，從而去調節控制整個(gè)信號鏈路增益的自由度，從而使他它們之間的差值減小到一定的范圍，這樣便可以做到連續監控發(fā)射功率的目的。當然了，這樣的自由度有很多，如調節基帶數據的幅度，調節可變增益放大器(在IF或RF端)，或者改變PA的增益。這樣，增益控制環(huán)路對其自身進(jìn)行調節，并使發(fā)射功率保持在要求的誤差范圍內。

這樣的參考源是怎樣嵌入MCU或DSP的非易失性存儲器(EEPROM)中的呢？

圖二 獲取校準系數代碼電路框圖

如圖二所示，將定向耦合器后端的天線(xiàn)拔掉，更換為外部測量基準源——RF功率檢測器或者頻譜分析儀。通過(guò)ADC轉換器獲取功率計讀數和RF檢波器電壓這些信息到相應的代碼，并存入存儲在非易失性存儲器(EEPROM)中。

將這樣標準的離散的由功率計讀數和RF檢波器電壓信息代碼作為基準的校準系數固化在MCU或者DSP的內部ROM中。由于A(yíng)D8362是均方根對數檢波器，因此它的輸出檢測電壓同輸入的功率值在非常寬的范圍之內成線(xiàn)性關(guān)系，可以使用簡(jiǎn)單的一階方程對此對數放大器的傳遞函數建模。在確保發(fā)射機的工作功率范圍與RF檢波器的線(xiàn)性工作范圍匹配，從而可以根據數學(xué)中兩點(diǎn)確定一直線(xiàn)線(xiàn)原則，首先，拆掉天線(xiàn)并將功率計連接到天線(xiàn)連接器上；然后，將輸出功率電平設定為接近最大功率，并將其發(fā)送到發(fā)射機電路板上微控制器或數字信號處理器(DSP)。同時(shí)對RF檢波器的ADC采樣，并將其讀數提供給發(fā)射機的處理器。同理對輸出功率電平設定為接近最小功率的時(shí)候進(jìn)行同樣操作，用這四個(gè)讀數(低和高功率電平、低和高ADC碼)，可以計算出斜率和截距(參見(jiàn)圖3)，并且將計算結果存儲在非易失性存儲器中。

圖三. 校準點(diǎn)在檢波器的線(xiàn)性工作范圍內的兩點(diǎn)校準提供了良好的整體性能

在完成對校正系數的獲取操作之后，針對每一次設定的輸出，由于功率放大器非線(xiàn)性以及不同環(huán)境的影響，射頻功率放大器實(shí)際的輸出功率會(huì )與原先設定的基準功率有一定的偏差，這個(gè)偏差值很有可能大于所能承受的范圍，這樣通過(guò)RF檢波器獲得的檢測電壓值代碼同原先存儲的標準的相應代碼作比較，從而調節基帶數據的幅度，調節可變增益放大器(在IF或RF端)，或者改變PA的增益，使實(shí)時(shí)監測回饋的電壓值代碼同原本固化的標稱(chēng)代碼誤差漸漸縮小到可以容忍的范圍之內，這樣就完成了對射頻功率放大器輸出功率的實(shí)時(shí)監測并自動(dòng)校準微調的功能。

圖四：環(huán)境溫度對AD8362輸出電壓的影響

圖五：輸入信號頻率對AD8362輸出電壓的影響

這種兩點(diǎn)校準的方法具有簡(jiǎn)單，操作性強的特點(diǎn)，適用于對所控制的輸出功率精度要求不高的監測環(huán)境，但是這種簡(jiǎn)單易操作的代價(jià)是犧牲了精度的。由于整個(gè)信號放大鏈路以及功率檢測鏈路對溫度（如圖四所示）和信號頻率（如圖五所示）具有一定的相關(guān)性，同時(shí)溫漂效應也會(huì )引入一定的誤差，因此我們所固化的標準數值一定要相對于溫度和頻率具有一定的非相關(guān)性，而具體的操作方法可以結合溫度傳感器，分段提取基準參數的方法給予操作。