基于ADuC7026的功率放大器监控的参考设计方案

图5给出了VSWR监测器的功能框图。该系统使用双向耦合器和AD8364双通道TruPwr™检测器来测量前向和反向功率。AD8364双通道有效值RF功率测量子系统可精确地测量和控制信号的功率。AD8364灵活性强，可方便地对RF功率放大器、无线电收发器AGC电路和其它通讯系统实施监测和控制，其输出可用于计算VSWR和监测传输线的匹配度。较大的VSWR值表明天线出现故障，操作人员应通过调整PA增益或电源电压对系统进行保护。

图5：VSWR监测器功能框图。自动功率控制 ：根据通信系统的要求，发射机必须确保功率放大器能满足发射的需要，调整基站发射功率保持在精准值，控制输出功率在覆盖允许范围内，不至过小无法满足网络规划时的覆盖距离要求，而减少小区覆盖范围，又不会产生过强的输出信号对相邻基站造成干扰。由于过功率会引起功率放大器饱和并使信号发生非线性失真，系统应提供过功率保护功能，保证功率放大器不工作在过功率条件下。基于上述原因，必须对输出功率进行测量和控制以使之保持稳定。

图6给出了自动功率控制回路的功能框图，该回路包含双向耦合器、TruPwr检测器、微控制器和可变电压衰减器。双向耦合器把前向功率传送到TruPwr检测器，检测器跟踪信号幅度的变化。ADuC7026的片上ADC对检测器的输出采样。微控制器比较输出功率的实际值与期望值，并使用PID算法来调整控制电压偏差，使功率放大器工作在性能最佳的工作点上。

图6：自动功率控制回路的功能框图。

图7给出了PID算法的流程图。首先，该程序设定初始控制参数Kp、Ki和Kd并设定输出功率的期望值。然后，ADC对AD8364的输出采样，采样得到的数据经滤波后转换成功率。程序根据系统的传递函数计算出输出功率的期望值与实际值之差，以及下一个期望采样值和控制电压，并对DAC寄存器进行配置。这样就完成了一个采样和控制过程周期，这个过程不断循环。

图7：PID算法的流程图。
用户界面

UI主要用来提供人机交互界面，实时显示检测数据，并响应操作员的输入命令。图8给出了用户界面程序的流程图。程序运行后，首先要打开串行端口并启动通讯链接。然后，可以选择各功能模块进行监测和控制。

图8：UI控制的流程图。

图9给出了一个温度测试结果。用户可以随时改变高温和低温阈值。在本例中，高温阈值从35℃改到31℃。当环境温度上升到新阈值之上时，过温警报灯变红，PC发出连续的警铃声。

图9：用于显示温度测试结果的界面。
硬件连接

图10给出了PA监测器的演示电路板的连接图。主板由6V适配器供电，它与PC机之间通过串口线相连，以便下位机ADuC7026与上位机PC通信;通过ADF4252评估板产生的RF信号，连接到主控板的RF信号输入端，而后通过如下链路输出：RF输入→可调衰减器AV103→PA前级驱动功率放大器ADL5323→双定向耦合器ZABDC10-25HP→RF输出→频谱仪Agilent 4396B。其中ADF4252评估板的输出频率通过PC机控制，PC与ADF4252之间通过一根并口转串口的电缆连接。

　　图10：PA监测器演示电路板的硬件连接。

结论

该参考设计为在蜂窝基站(GSM、EDGE、UMTS、CDMA、TD-SCDMA)、点到多点和其它RF传输系统中监测和控制PA提供了一个集成的解决方案。利用ADI公司的高精度模拟微控制器ADuC7026实现PA监测器应用可以增加灵活性，因为它具有多通道高性能12位ADC和DAC，以及片上可编程逻辑阵列(PLA)。其AD转换可通过外部转换输入或PLA转换输出来启动，这个特性对需使用同步信号对前向功率进行采样的TD-SCDMA应用系统很有帮助。PLA集成到芯片上的好处非常明显：用户可以根据要求轻松、简洁地实现各种逻辑。而且各种算法，例如PID控制、VSWR监测、温度监测和电流监测等算法都可通过ADuC7026来实现，无需使用其它控制器。从系统设计的角度来看，这个集成解决方案可节省PCB面积、方便PCB布局，降低系统成本并提高系统可靠性。