基站應(yīng)用中使用分立元件的PA監(jiān)控解決方案

為實(shí)現(xiàn)精確的PA柵極控制，AD5622，AD5627和AD5625 DAC均提供12位，單，雙和四輸出。它們具有內(nèi)部緩沖器，具有出色的源和接收能力，在大多數(shù)應(yīng)用中無需外部緩沖器。低功耗，保證單調(diào)性和快速建立時(shí)間的組合使這些器件成為精確電平設(shè)置應(yīng)用的理想選擇。

如果精度不是主要規(guī)格且8位分辨率可以接受，則數(shù)字電位器是一種更具成本效益的選擇。這些數(shù)字可變電阻器執(zhí)行與機(jī)械電位器或可變電阻器相同的電子調(diào)節(jié)功能，但具有增強(qiáng)的分辨率，固態(tài)可靠性和卓越的溫度性能。非易失性和一次性可編程（OTP）數(shù)字電位器是時(shí)分雙工（TDD）RF應(yīng)用的理想選擇，其中PA關(guān)閉用于TDD 接收周期并通過發(fā)送周期的固定柵極電壓接通。該預(yù)編程的啟動(dòng)電壓可降低導(dǎo)通延遲，并提高開啟發(fā)送級(jí)PA晶體管的效率。在接收狀態(tài)期間關(guān)閉PA晶體管的能力可防止發(fā)送器電路噪聲破壞接收信號(hào)并提高PA的整體效率。根據(jù)通道數(shù)量，接口類型，分辨率和非易失性存儲(chǔ)器的要求，可為此應(yīng)用提供各種數(shù)字電位器。例如，256位AD5172，一次性可編程，雙通道，I 2 C ?兼容電位器，非常適合電平設(shè)置射頻放大器中的應(yīng)用。

為了以最佳的線性度和效率監(jiān)視和控制增益，需要精確測(cè)量PA輸出上復(fù)雜RF信號(hào)的功率電平。 AD8362 TruPowr?均方根功率檢測(cè)器提供50 dB至3.8 GHz的65 dB動(dòng)態(tài)范圍，允許對(duì)W-CDMA，EDGE和UMTS蜂窩基站中常見的RF信號(hào)進(jìn)行精確的均方根功率測(cè)量。

在圖3中，功率檢測(cè)器的輸出 V OUT 連接到PA的增益控制端子以調(diào)整其增益。 PA輸出驅(qū)動(dòng)天線;定向耦合器拾取輸出的一小部分，適當(dāng)?shù)厮p它，并將其應(yīng)用于功率檢測(cè)器。功率檢測(cè)器的輸出（發(fā)送器輸出信號(hào)的均方根測(cè)量值）與DAC編程的值進(jìn)行比較， V SET ;并將PA增益調(diào)整為零差。因此， V SET 精確設(shè)置功率增益。 ADC的輸出（ V OUT 的數(shù)字測(cè)量）輸入更大的反饋環(huán)路，可以跟蹤AD8362測(cè)量的發(fā)射功率輸出，從而建立值 V SET 和系統(tǒng)確定的增益要求。

這種增益控制方法可用于信號(hào)鏈前級(jí)使用的可變?cè)鲆娣糯笃鳎╒GA）和可變電壓放大器（VVA）。為了測(cè)量發(fā)送 - 和接收電源，AD8364 雙檢測(cè)器同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)復(fù)雜的輸入信號(hào)。在VGA或預(yù)驅(qū)動(dòng)器位于PA之前且只需要一個(gè)功率檢測(cè)器的系統(tǒng)中，其中一個(gè)器件的增益是固定的，而 V OUT 則為控制另一個(gè)的輸入。

如果環(huán)路確定線路電流過高，它會(huì)向DAC發(fā)送命令以降低柵極電壓或關(guān)閉器件。然而，在某些應(yīng)用中，如果高壓電源線上出現(xiàn)電壓尖峰或不可接受的高電流，則數(shù)字控制環(huán)路無法檢測(cè)到高端電流，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字，并通過外部控制邏輯處理數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)

在模擬方法中，ADCMP371比較器和RF開關(guān)可用于控制到PA的RF信號(hào)，如圖4所示。電流的輸出電壓足夠快。將感測(cè)直接與DAC設(shè)置的固定電壓進(jìn)行比較。當(dāng)電流傳感器輸出端出現(xiàn)高于固定電壓的電壓時(shí)，由于電壓或電流尖峰，比較器可以切換RF開關(guān)上的控制引腳，幾乎瞬間將RF信號(hào)切換到PA的柵極，防止損壞PA。這種繞過數(shù)字處理的直接控制速度更快，并提供更好的保護(hù)。

結(jié)合上面討論的元素，由分立器件組成的典型PA監(jiān)視和控制配置如圖5所示。在這種情況下，唯一受監(jiān)視和控制的放大器是PA本身，但是類似的原理適用于控制信號(hào)鏈中的任何放大器。所有分立元件均使用一個(gè)主控制器控制，并使用相同的I 2 C總線進(jìn)行操作。

根據(jù)信號(hào)鏈的要求，在預(yù)驅(qū)動(dòng)和最后階段可能需要放大器，以增加天線前方信號(hào)的總功率增益。不幸的是，這些額外的功率增益級(jí)對(duì)PA的整體效率有不利影響。為了最大限度地降低PA效率的降低，必須對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行監(jiān)控和控制以優(yōu)化性能。例如，用戶需要大量的分立元件來監(jiān)控VGA上的溫度，功率和電壓電平，兩個(gè)預(yù)驅(qū)動(dòng)器和兩個(gè)用于獲取圖2中信號(hào)的最終級(jí)PA。

< h3>集成監(jiān)控

為解決這一擴(kuò)散問題，ADI公司開發(fā)了AD7294，這是一款專為解決此問題而設(shè)計(jì)的集成監(jiān)控解決方案。 AD7294包含通用監(jiān)控所需的所有功能和特性，以及集成在單個(gè)芯片上的電流，電壓和溫度控制。

AD7294由一個(gè)9通道，12位ADC和一個(gè)4通道DAC組成，具有10 mA的吸收/源功能。它采用0.6μmDMOS技術(shù)制造，允許電流傳感器測(cè)量高達(dá)59.4 V的共模電平.ADC有兩個(gè)專用電流檢測(cè)通道，兩個(gè)用于檢測(cè)外部結(jié)溫的通道，一個(gè)用于檢測(cè)外部結(jié)溫度的通道芯片的內(nèi)部溫度和四個(gè)未提交的ADC輸入用于通用監(jiān)控。

ADC通道還具有遲滯和高 - 和低限寄存器（也可在AD7992 / AD7994 / AD7998上找到）。用戶可以預(yù)編程ADC通道的上限和下限;如果違反這些限制，被監(jiān)視的信號(hào)將標(biāo)記警報(bào)。滯后寄存器為用戶提供了在發(fā)生限制違規(guī)時(shí)確定警報(bào)標(biāo)志的重置點(diǎn)的附加功能。遲滯可防止噪聲或電流傳感器讀數(shù)連續(xù)切換警報(bào)標(biāo)志。

模數(shù)轉(zhuǎn)換可以通過兩種不同的方式啟動(dòng)。 命令模式允許用戶根據(jù)需要轉(zhuǎn)換單個(gè)通道或一系列通道。 autocycle 模式在一系列預(yù)編程通道上自動(dòng)轉(zhuǎn)換，這是系統(tǒng)監(jiān)控的理想操作模式 - 尤其適用于持續(xù)監(jiān)控信號(hào)，如信號(hào)功率和電流檢測(cè) - 僅在預(yù)編程為高電平時(shí)提供警報(bào) - 或違反了下限。

提供兩個(gè)雙向高側(cè)電流檢測(cè)放大器（圖7）。當(dāng)PA漏極電流流過分流電阻時(shí)，小差分輸入電壓被放大。集成的電流檢測(cè)放大器可抑制高達(dá)59.4 V的共模電壓，并為其中一個(gè)多路復(fù)用ADC通道提供放大的模擬信號(hào)。兩個(gè)電流檢測(cè)放大器的固定增益均為12.5，并采用內(nèi)部2.5 V輸出偏移基準(zhǔn)電壓。

每個(gè)放大器都配有一個(gè)模擬比較器，用于故障檢測(cè)，閾值高于1.2 ×滿量程電壓。

四個(gè)12位DAC提供數(shù)字控制電壓（分辨率為1.2 mV），以控制功率晶體管的偏置電流。它們還可用于為可變?cè)鲆娣糯笃魈峁┛刂齐妷骸?DAC內(nèi)核是一個(gè)薄膜，12位，固有單調(diào)串DAC，具有2.5 V基準(zhǔn)電壓和5 V輸出范圍。其輸出緩沖器驅(qū)動(dòng)高壓輸出級(jí)。 DAC的輸出范圍由偏移輸入控制，可以定位在0 V和15 V之間。這為最終用戶提供了對(duì)5 V跨度的12位精確控制選項(xiàng)，同時(shí)允許靈活性當(dāng)PA晶體管遷移到更大的控制柵極電壓時(shí)，使用高達(dá)15 V的偏置電壓。此外，四個(gè)DAC吸收或提供高達(dá)10 mA電流的能力使得外部驅(qū)動(dòng)緩沖器變得不必要。

結(jié)論

PA供應(yīng)商正在使用多種增益級(jí)和控制技術(shù)設(shè)計(jì)更復(fù)雜的PA前端信號(hào)鏈?？捎玫亩嗤ǖ繟DC和DAC系列以及模擬RF組件非常適合處理不同的系統(tǒng)分區(qū)和架構(gòu)，使設(shè)計(jì)人員能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的分布式控制。此外，單芯片解決方案（如AD7294）在電路板面積，系統(tǒng)可靠性和成本方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。從定制設(shè)計(jì)的角度來看，專用功能和集成系統(tǒng)構(gòu)建模塊的豐富功能為系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供了前所未有的功能。