监控基站功率放大器的优化方案
利用控制逻辑可以对来自电流传感器和温度传感器的数字信息进行连续监控。通过数字电位计或DAC来动态控制PA栅极电压，同时监控传感器的读数，可以保持最优化的偏置条件。DAC的分辨率将由栅极电压所需的控制水平来决定。在基站设计中，电信公司普遍采用多个PA(图2)，因为这样在为每个射频(RF)载波选择PA时可提供更大的灵活性。每个PA都可以针对某一特殊调制方案进行优化。并联多个PA还能提高线性度和总体效率。这种情况下，PA可能需要多个级联增益级，包括可变增益放大器(VGA)和前置驱动器级，以满足增益和效率要求。多通道DAC可以满足这些模块的不同电平设置和增益控制要求。
图2：包含一个可变增益放大器(VGA)、多个前置驱动器级和输出级的典型蜂窝基站放大器链路。
为实现对PA栅极的精确控制，ADI公司的AD5321、AD5627和AD5625等DAC分别提供12位单路、双路和四路输出。这些器件具有非常出色的供应电流和汲取电流能力，在大多数应用中无需输出缓冲器。通过结合低功耗、保证单调性和快速建立时间等特性，能够实现精确的电平设置应用。
若精度不是主要规格，且可以接受8位分辨率，则数字电位计是更具成本效益的选择。数字电位计具有与机械电位计或可变电阻器相同的电子调节功能，而且提供更高的分辨率、固态可靠性和出色的温度性能。非易失性、一次性可编程(OTP)数字电位计非常适合时分双工(TDD)RF应用，其中，PA在TDD接收期间关断，在发射期间通过固定栅极电压导通。这种预先编程的启动电压在PA晶体管导通进入发射阶段时可减小导通延迟，并提高效率。能够在接收期间关断PA晶体管可避免发射噪声破坏接收信号。这种技术还能提高PA的总体效率。根据通道数目、接口类型、分辨率和非易失性存储器要求的不同，有大量数字电位计可供这类应用选择。256抽头、一次性可编程、双通道的I2C电位计(如ADI公司的AD5172)就非常适合RF放大器中的电平设置应用。
通过精确测量PA输出端的复杂RF信号的功率水平，可以对放大器增益进行更好的控制，从而优化器件的效率和线性度。利用均方根(RMS)功率检测器，可以从WCDMA、EDGE和UMTS蜂窝基站中的RF信号提取精确的RMS功率电平。
图3显示了一个简单的控制环路，其中，功率检测器的输出被连接到PA的增益控制端。基于输出电压VOUT与RF输入信号之间的既定关系，功率检测器将调节VOUT上的电压(VOUT现在是误差放大器输出)直到RF输入端的电平与所施加的控制电压VSET相对应。加上ADC便构成完整的反馈环路，它能够跟踪功率检测器的输出，并调节其VSET输入。这种增益控制方法可用于信号链前几级中使用的可变电压放大器(VVA)和VGA。为测量发射和接收功率，可采用两个功率检测器同时测量两个复数输入信号。在一个VGA或前置驱动放大器位于PA之前的系统中，只需一个功率检测器。此时，其中一个器件的增益是固定的，而VOUT为另一个器件提供控制输入。
图3：在这个简单控制环路中，功率检测器的输出被连接到功率放大器的增益控制端。
当在高压供电线上检测到电压尖峰或过大电流时，某些应用中的数字控制环路可能不够快，因而无法避免器件受损。数字控制环路包括：利用电流检测来检测高压侧电流、模数转换以及通过外接控制逻辑处理数字数据。如果环路判断出线路电流过大，它会向DAC发送一个命令以降低栅极电压或者关断该部分电源。
可以使用模拟比较器通过一个RF开关来控制PA的RF信号输入(图4)。如果在供电线上检测到大电流，可以关断RF信号以免损害PA。采用模拟比较器就意味着不需要数字处理技术，因此控制环路要快得多。电流检测的输出电压可以直接与DAC设置的固定电压进行比较。当电流检测的输出电压高于该固定电压时，比较器可触发RF开关上的一个控制引脚，几乎可以立即截断输入到PA栅极的RF信号。
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