圖2.典型的高功率放大器信號(hào)鏈。

為實(shí)現(xiàn)精確的PA柵極控制，AD5622、AD5627和AD5625 DAC分別提供12位、單路、雙路和四路輸出。 它們具有具有出色拉電流和灌電流能力的內(nèi)部緩沖器，在大多數(shù)應(yīng)用中無(wú)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，并且8位分辨率可以接受，則數(shù)字電位計(jì)是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)械電位計(jì)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)字電位計(jì)非常適合時(shí)分雙工（TDD）RF應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，PA在TDD接收周期內(nèi)關(guān)閉，在發(fā)射周期內(nèi)由固定柵極電壓導(dǎo)通。這種預(yù)編程的啟動(dòng)電壓降低了導(dǎo)通延遲，提高了發(fā)射級(jí)PA晶體管的開(kāi)啟效率。在接收狀態(tài)期間關(guān)閉PA晶體管的能力可防止發(fā)射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、分辨率和對(duì)非易失性存儲(chǔ)器的要求，該應(yīng)用提供各種數(shù)字電位計(jì)。例如，256位AD5172是一款一次性可編程、雙通道I2C兼容電位計(jì)，非常適合RF放大器中的電平設(shè)置應(yīng)用。?

為了以最佳線性度和效率監(jiān)測(cè)和控制增益，必須精確測(cè)量PA輸出端復(fù)雜RF信號(hào)的功率電平。AD8362 TruPowr rms功率檢波器?提供50 Hz至3.8 GHz的65 dB動(dòng)態(tài)范圍，可對(duì)W-CDMA、EDGE和UMTS蜂窩基站中常見(jiàn)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外，連接到PA的增益控制端以調(diào)節(jié)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)衰減，并將其應(yīng)用于功率檢測(cè)器。功率檢波器的輸出（發(fā)射器輸出信號(hào)的均方根測(cè)量值）與DAC編程的值進(jìn)行比較，V設(shè)置;PA增益調(diào)整為零差。因此V設(shè)置精確設(shè)置功率增益。ADC的輸出，數(shù)字測(cè)量V外，饋入更大的反饋環(huán)路，該反饋環(huán)路可以跟蹤AD8362測(cè)量的發(fā)射功率輸出，確定V設(shè)置以及系統(tǒng)確定的增益要求。

圖3.功率吞吐量檢測(cè)。

這種增益控制方法可與信號(hào)鏈前幾級(jí)中使用的可變?cè)鲆娣糯笃鳎╒GA）和變壓放大器（VVA）一起使用。為了測(cè)量發(fā)射和接收功率，AD8364雙通道檢波器可同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)復(fù)數(shù)輸入信號(hào)。在VGA或預(yù)驅(qū)動(dòng)器位于PA之前，并且只需要一個(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外饋送另一個(gè)的控制輸入。

如果環(huán)路確定線路電流過(guò)高，則向DAC發(fā)送命令以降低柵極電壓或關(guān)斷器件。然而，在某些應(yīng)用中，如果高壓電源線上出現(xiàn)電壓尖峰或無(wú)法接受的高電流，數(shù)字控制環(huán)路將無(wú)法檢測(cè)高端電流，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，也無(wú)法通過(guò)外部控制邏輯足夠快地處理數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)以防止器件損壞。

在模擬方法中，可以使用ADCMP371比較器和RF開(kāi)關(guān)來(lái)控制PA的RF信號(hào)，如圖4所示。電流檢測(cè)的輸出電壓直接與DAC設(shè)置的固定電壓進(jìn)行比較。當(dāng)電流傳感器的輸出端出現(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(kāi)關(guān)上的控制引腳，幾乎瞬間切斷PA柵極的RF信號(hào)，防止損壞PA。這種繞過(guò)數(shù)字處理的直接控制速度更快，并提供更好的保護(hù)。

圖4.使用模擬比較器的控制環(huán)路保護(hù)。

結(jié)合上述元素，典型的PA監(jiān)測(cè)和控制配置由分立器件組成，如圖5所示。在這種情況下，唯一被監(jiān)測(cè)和控制的放大器是PA本身，但類似的原理也適用于信號(hào)鏈中任何放大器的控制。所有分立元件均使用一個(gè)主控制器進(jìn)行控制，并在相同的I下運(yùn)行2C總線。

圖5.使用分立器件監(jiān)視和控制 PA。

根據(jù)信號(hào)鏈的要求，在預(yù)驅(qū)和最后級(jí)可能需要許多放大器，以增加天線前方信號(hào)的整體功率增益。不幸的是，這些額外的功率增益級(jí)會(huì)對(duì)PA的整體效率產(chǎn)生不利影響。為了最大限度地減少PA效率的下降，必須對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，以優(yōu)化性能。例如，用戶需要大量分立元件來(lái)監(jiān)控VGA上的溫度、功率和電壓電平，需要兩個(gè)預(yù)驅(qū)動(dòng)器和兩個(gè)用于增益圖2所示信號(hào)的最終級(jí)PA。

集成監(jiān)測(cè)和控制

為了解決這一擴(kuò)散問(wèn)題，ADI公司開(kāi)發(fā)了AD7294，這是一款專為解決這一問(wèn)題而設(shè)計(jì)的集成監(jiān)測(cè)和控制解決方案。AD7294包含通用電流、電壓和溫度監(jiān)測(cè)和控制所需的所有功能和特性，集成在單個(gè)芯片上。

圖6.用于監(jiān)測(cè)和控制 PA 級(jí)的集成解決方案。

AD7294由一個(gè)9通道、12位ADC和一個(gè)4通道DAC組成，灌電流/拉電流能力為10 mA。它采用 0.6μm DMOS 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。該ADC具有兩個(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)芯片內(nèi)部溫度的通道，以及四個(gè)用于通用監(jiān)控的非專用ADC輸入。

ADC通道還具有遲滯以及上限和下限寄存器（也可在AD7992/AD7994/AD7998上找到）的額外優(yōu)勢(shì)。用戶可以對(duì)ADC通道的上限和下限進(jìn)行預(yù)編程;如果違反這些限制，受監(jiān)控的信號(hào)將標(biāo)記警報(bào)。遲滯寄存器為用戶提供了在發(fā)生超出限制時(shí)確定警報(bào)標(biāo)志復(fù)位點(diǎn)的附加功能。遲滯可防止嘈雜的溫度或電流傳感器讀數(shù)連續(xù)切換警報(bào)標(biāo)志。

模數(shù)轉(zhuǎn)換可以通過(guò)兩種不同的方式啟動(dòng)。命令模式允許用戶按需轉(zhuǎn)換單個(gè)通道或一系列通道。自動(dòng)循環(huán)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，特別是對(duì)于連續(xù)監(jiān)控信號(hào)，如信號(hào)功率和電流檢測(cè)，并且僅在違反預(yù)編程的上限或下限時(shí)發(fā)出警報(bào)。

提供兩個(gè)雙向高端電流檢測(cè)放大器（圖 7）。當(dāng)PA漏極電流流過(guò)分流電阻時(shí)，小差分輸入電壓被放大。集成電流檢測(cè)放大器可抑制高達(dá)59.4 V的共模電壓，并向其中一個(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，并利用一個(gè)內(nèi)部2.5 V輸出失調(diào)基準(zhǔn)電壓源。

圖7.AD7294 高端電流檢測(cè)細(xì)節(jié)

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

四個(gè) 12 位 DAC 提供數(shù)字控制電壓（分辨率為 1.2mV），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?。DAC 內(nèi)核是一款薄膜、12 位、固有單調(diào)串 DAC，具有 2.5V 基準(zhǔn)電壓源和 5V 輸出范圍。其輸出緩沖器驅(qū)動(dòng)高壓輸出級(jí)。DAC的輸出范圍由失調(diào)輸入控制，可定位在0 V至15 V之間。這為最終用戶提供了在 5V 范圍內(nèi)進(jìn)行 12 位精確控制的選項(xiàng)，同時(shí)允許在 PA 晶體管遷移到更大的控制柵極電壓時(shí)靈活地使用高達(dá) 15V 的偏置電壓。此外，四個(gè)DAC能夠吸收或拉出高達(dá)10 mA的電流，因此無(wú)需外部驅(qū)動(dòng)緩沖器。

結(jié)論

PA供應(yīng)商正在使用各種增益級(jí)和控制技術(shù)設(shè)計(jì)更復(fù)雜的PA前端信號(hào)鏈。多通道ADC和DAC以及模擬RF組件的可用系列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?；蛘?，AD7294等單芯片解決方案在電路板面積、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(lái)看，豐富的專用功能和集成系統(tǒng)構(gòu)建模塊為系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供了前所未有的授權(quán)。

審核編輯：郭婷