RF 功率控制電路的電壓級設定

2004年7月B版

　　典型的現代通信信號鏈由發(fā)射和接收端組成，兩個(gè)部分都需要RF(射頻)功率監測和控制(圖1)。目前，在兩部分電路中，RF功率的監測通常都采用將功率監測和基于基準電壓設定點(diǎn)的自動(dòng)增益控制(AGC)技術(shù)結合起來(lái)的技術(shù)。接收端的信號監測往往是在中頻(IF)完成的，而發(fā)射端的功率監測則可以在RF 或IF部分完成。兩種最常見(jiàn)的方法是給控制鏈(往往在中頻)添加一個(gè)可變增益放大器(variable-gain amplifier，VGA)，或者通過(guò)調節功率放大器(PA)的偏壓直接對RF信號進(jìn)行控制。在某些情況下，兩種辦法都可能要用到。

　　接收側必須能夠處理不同強度的信號。例如，天氣變化或者發(fā)射源相對于接收機的快速移動(dòng)，都會(huì )造成信號強度的變化。理想情況下，為了最大限度增加用于完成接收信號數字化的模擬/數字變換器(ADC)的信/噪比(SNR)，總是希望通過(guò)利用ADC的整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍來(lái)提供一個(gè)恒定的信號功率級。為了實(shí)現這一目標，可以采用一個(gè)或者多個(gè)VGA來(lái)對輸入信號進(jìn)行調節，使之成為AGC環(huán)路的一部分。此外，在采樣前進(jìn)行可變增益放大還能容許電路采用分辨率更低而采樣速率更高的ADC，這樣一來(lái)就保證了經(jīng)濟性。

　　增益放大器的輸出通過(guò)一個(gè)檢測器進(jìn)行測量，該檢測器又產(chǎn)生與其輸入信號rms成正比的DC電壓。該DC電壓與一個(gè)基準電壓進(jìn)行比較，所得到的差值則完成積分。這就構成了為VGA提供的增益電壓的基礎?；鶞孰妷旱脑O定對應于接收信號的理想rms電壓值(要為ADC進(jìn)行處理)，它使得VGA對其輸出作出相應的調整。該基準往往是固定的，它能通過(guò)一個(gè)電位計產(chǎn)生。不過(guò)為了確保能獲得足夠的分辨率，以保證所期望的值，還要小心操作。

　　雖然在接收側，電壓的設定值要求較為簡(jiǎn)單明了，但在發(fā)射端的情況卻較為復雜?？梢圆捎猛换続GC電路，但此時(shí)發(fā)射功率可能需要得到動(dòng)態(tài)的調整。溫度或者電池電壓的變化會(huì )使功率放大器(PA)的輸出出現波動(dòng)。為了維持信號的強度而且保證輻射不超出相關(guān)法規規定的范圍，要對PA的輸出進(jìn)行監測。監測信號是通過(guò)一個(gè)定向耦合器從輸出信號功率中抽取一小部分信號來(lái)獲得的，這部分信號被反饋給一個(gè)對數放大器，而后與一個(gè)設定電壓值(Vset)進(jìn)行比較。測量到的功率與設定電壓值之間的差值將使誤差放大器動(dòng)作，調整VGA 的偏壓。其結果是實(shí)現了輸出功率的重新校正，使之跟隨Vset。如果必須改變輸出功率的話(huà)，則也可以調整電壓設定值。

　　電壓設定點(diǎn)應該可以通過(guò)數字化的編程方式來(lái)設定，因此常常通過(guò)一個(gè)數模變換器(常常稱(chēng)為“輔助DAC”)來(lái)提供相應的電壓。該環(huán)路的傳遞函數對Vset與輸出功率之間的關(guān)系有著(zhù)極其重要的影響，故有必要對環(huán)路進(jìn)行校準(因為部件間存在著(zhù)參數值的波動(dòng))。對于linear-in-dB傳遞函數來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)單的2點(diǎn)校準就足夠了。通過(guò)調節DAC電壓來(lái)提供一種接近全部規定功率的輸出功率水平，然后記錄輸入代碼，就可以完成這一過(guò)程。隨后，可以對DAC進(jìn)行調整，以提供接近于最小水平的輸出功率。該代碼也被記錄下來(lái)。這樣，就可以計算出輸出功率與電壓設定點(diǎn)間的關(guān)系。如果檢測器的傳遞函數是非線(xiàn)性的，則DAC的輸入代碼必須作出相應的規劃。VGA的控制電壓無(wú)需十分精確，但它必須具有單調性。相應的，DAC也應該保證變化的單調性。

　　DAC的另一個(gè)關(guān)鍵要求是盡可能減小偏移。如果輸出偏移過(guò)大，發(fā)射機可能過(guò)早接通。更高分辨率的DAC可以實(shí)現對增益控制電壓的更有力控制。一般來(lái)說(shuō)，誤差放大器的輸入范圍小于DAC的動(dòng)態(tài)范圍，因此只能使用與誤差放大器的輸入范圍相對應的代碼。另外，也可以對DAC的輸出進(jìn)行縮放，以便與誤差放大器的輸入實(shí)現匹配，從而增強對增益的控制分辯率(按dB/代碼縮放)。

　　顯然，功率級設定DAC在現代通信裝置中有著(zhù)重要的作用，而這些裝置中的大多數是依靠電池供電的手持式產(chǎn)品。一旦DAC具有所期望的分辨率，而且能產(chǎn)生恰當的電壓范圍，功率和封裝尺寸就變成關(guān)鍵性的考慮因素。Analog Devices公司的DAC系列產(chǎn)品中的AD5641，將14bit的分辨率與低功耗特性結合了起來(lái)，其封裝為緊湊的6引腳SC-70。以單個(gè)2.7V~5.5V電源供電時(shí)，它消耗的最大電流為100mA。對于可以忍受較低分辨率的應用來(lái)說(shuō)，廠(chǎng)商提供了8、10和12bit的版本。低功耗，保證單調性，先進(jìn)的偏移修調技術(shù)，緊湊的封裝外形，這些優(yōu)點(diǎn)使得該種器件成為RF功率控制電路進(jìn)行電壓級設定的理想選擇?！?BR>