监控基站功率放大器的优化方案

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。

图4：可以采用模拟比较器通过一个RF开关来控制PA的RF信号输入。

图5所示为一个典型的采用分立器件的PA监控和控制配置。唯一被监控的放大器是PA本身，不过，信号链中的任何一个放大器都可以采用这种方式进行处理。所有分立器件都采用同一条数据总线工作，本例中为I2C数据总线，并通过一个主控制器来进行控制，以便最大程度地缩减器件数量、复杂性和成本。

图5：该结构图显示了基于分立器件和若干低功耗转换器的一个典型PA监控配置。在此设置中唯一被核对的放大器是PA，尽管此链路中任何放大器都可被监控。

从设计的角度来看，使用分立器件来监控基站PA的主要优势在于定制产品的选择范围相当大。PA供应商设计的PA前端信号链正越来越复杂，包含了各种不同的增益级和控制技术。现有的多通道ADC和DAC都非常适合用来处理不同的蜂窝基站系统划分及架构，从而让基站设计人员能够实现经济高效的分布式控制。