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(shù)據(jù)通過多路復用器輸入ADC，可以將溫度測量結果轉換為用于監(jiān)測的數(shù)字量。根據(jù)系統(tǒng)配置，可能有必要在電路板上使用好幾個溫度傳感器。例如，如果使用了多個功放，或者在前端需要若干個預驅動，那么，對于每個放大器使用一個溫度傳感器就可以對系統(tǒng)提供更好的控制能力。為了監(jiān)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(shù)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(shù)字量進行連續(xù)的監(jiān)測。在監(jiān)測傳感器的讀數(shù)和處理數(shù)字輸出的同時，利用數(shù)字電位計或DAC對功放柵極電壓進行動態(tài)控制，可以維持一個最佳的偏置狀態(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功放，如圖2所示，這樣可以在針對每個RF載波設備選擇功放時，提供更多的靈活性，并且每個功放可以針對一個具體的調制方案而優(yōu)化。并行連接功放也可以改善線性度和總效率。在這種情況下，功放可能要求使用多個增益級級聯(lián)，包括使用可變增益放大器（VGA）和預驅動，以滿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現(xiàn)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(shù)應用中可以不必使用外部緩沖器。同時兼有低功耗、單調性和快速穩(wěn)定時間的優(yōu)點，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(shù)字電位計是一種性價比更高的選擇。這些數(shù)字調節(jié)可變電阻執(zhí)行的電子調節(jié)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(shù)字電位計在時分雙工（TDD）RF應用中是理想的選擇；在TDD接收期間，功放關閉，在發(fā)送期間，功放通過固定柵壓導通。這種預編程的啟動電壓降低了開啟延遲，并且改善了開啟功放晶體管時進入發(fā)射狀態(tài)的效率。而在接收期間關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(jù)通道數(shù)量、接口類型、分辨率和對非易失性存儲器的要求，有眾多的數(shù)字電位計可供選擇。例如ADI公司的AD5172，這是一款256個位置、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(jiān)測和控制增益，實現(xiàn)最優(yōu)的線性度和效率，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的動態(tài)范圍，可以實現(xiàn)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(jié)功放的增益。功放的輸出電壓驅動天線；定向耦合器對該方向中的功放輸出電壓進行采樣，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(jié)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(shù)字測量結果被饋送到一個較大的反饋回路，而這個反饋回路可以對AD8362測量的發(fā)射功率輸出進行跟蹤，確定VSET值和系統(tǒng)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行測量，ADI公司的AD8364雙路功率檢測器可以同時測量兩個復合輸入信號。在使用VGA或預驅動、且僅需要一個功率檢測器的系統(tǒng)中，兩個器件中其中一個的增益是固定的，而VOUT則饋送到另一個器件的控制輸入端。

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

　　在模擬方法中，使用一個ADI公司的ADCMP371比較器和一個RF開關控制輸入到功放的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生的電壓高于設定電壓時，比較器可以控制RF開關上的一個控制引腳，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。這個直接控制方法繞過了數(shù)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典型功放監(jiān)測和控制結構如圖5所示。其中監(jiān)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I2C數(shù)據(jù)總線上進行操作。