基站应用中功放的分立控制和集成控制

能块中的各种电平设定和增益控制的要求。

图2 典型的高功率放大器信号链

为了对功放的栅极电压实现精确控制，ADI公司的12 bit DAC AD5622、AD5627和AD5625分别能够提供的单路、两路和四路输出。这些器件的内部缓冲器具有极好的源电流和灌电流的能力，在大多数应用中可以不必使用外部缓冲器。同时兼有低功耗、单调性和快速稳定时间的优点，适于精确的电平设置应用。

在精度不是最主要的考虑因素且8-bit的分辨率可被接受的应用中，数字电位计是一种性价比更高的选择。这些数字调节可变电阻执行的电子调节功能与机械式电位计或可变电阻相同，而且具有更高的分辨率、固态技术的可靠性以及卓越的温度性能。非易失性和一次可编程（OTP）的数字电位计在时分双工（TDD）RF应用中是理想的选择；在TDD接收期间，功放关闭，在发送期间，功放通过固定栅压导通。这种预编程的启动电压降低了开启延迟，并且改善了开启功放晶体管时进入发射状态的效率。而在接收期间关断功放晶体管的能力，避免了发射电路噪声对接收信号的破坏，并且提高了功放的总效率。根据通道数量、接口类型、分辨率和对非易失性存储器的要求，有众多的数字电位计可供选择。例如ADI公司的AD5172，这是一款256个位置、一次编程、双通道的I²C®电位计，非常适合于RF放大器中的电平设置应用。

为了监测和控制增益，实现最优的线性度和效率，有必要精确测量功放输出端上复杂的RF信号的功率电平。ADI公司的AD8362 TruPower™均方根功率检测器能够在50 Hz～3.8 GHz的频率范围内提供65 dB的动态范围，可以实现W-CDMA、EDGE和UMTS蜂窝基站中的典型RF信号的均方根功率电平的精确测量。

在图3中，功率检测器的输出V_OUT被连接到功放的增益控制端以调节功放的增益。功放的输出电压驱动天线；定向耦合器对该方向中的功放输出电压进行采样，使其适当衰减，并且将其施加到功率检测器。将功率检测器的输出，即发射输出信号的均方根测量结果同DAC编程的值V_SET比较，并且调节功放增益，使差值为零。这样V_SET可以精确地设定功率增益。ADC的输出，即V_OUT的数字测量结果被馈送到一个较大的反馈回路，而这个反馈回路可以对AD8362测量的发射功率输出进行跟踪，确定V_SET值和系统决定的增益要求。

图3 功率检测

这种增益控制方法可以与信号路前几级中的可变增益放大器（VGA）和可变电压放大器（VVA）结合使用。为了对发射功率和接收功率都进行测量，ADI公司的AD8364双路功率检测器可以同时测量两个复合输入信号。在使用VGA或预驱动、且仅需要一个功率检测器的系统中，两个器件中其中一个的增益是固定的，而V_OUT则馈送到另一个器件的控制输入端。

如果反馈回路确定出电源线上的电流太大，则向DAC发出一个命令，以降低栅极电压或关断此部分。然而，在某些应用中，如果高压电源线上出现电压尖峰或者超范围的大电流，那么，由于数字控制回路检测高端电流、将信号转换为数字量并且利用外部控制逻辑电路对数字量进行处理的速度不够快，因而无法保护器件不受损坏。

在模拟方法中，使用一个ADI公司的ADCMP371比较器和一个RF开关控制输入到功放的RF信号，如图4所示。电流检测放大器的输出电压可以直接与DAC设定的固定电压比较。当电流传感器输出端上产生的电压高于设定电压时，比较器可以控制RF开关上的一个控制引脚，使其电平翻转，并立即切断功放栅极的RF信号，防止功放被损坏。这个直接控制方法绕过了数字处理，因此速度更快，并且能够提供更好的校准。

图4 使用模拟比较器的控制环路保护

综上所述，使用分立元件的一个典型功放监测和控制结构如图5所示。其中监测和控制的仅是功放本身，但是这一原理可应用于信号链中对任一放大器的控制。使用主控制器控制所有的分立元件，并且在同一个I²C数据总线上进行操作。

图5采用分立器件实现功率放大器的监测和控制

根据信号链的要求，在预驱动级和末级中可能需要很多个放大器，用于增加天线前端信号的总功率增益。但是这些附加的功率增益级对功放的总效率有不良影响。为了将影响降至最低，必须监测和控制驱动器以优化性能。例如，如图2所示，用户需要多个分立元件监测温度、功率、VGA的电压电平，两个预驱动，以及两个末级功放的增益。

集成监测和控制
为了解决这一衍生问题，ADI公司开发出AD7294，这是一款集成的监测和控制解决方案。AD7294将电流、电压和温度的通用监测和控制所需的所有功能和特性集成到一个芯片中。

图6 监测和控制功放级的集成解决方案

AD7294集成了9通道12-bit ADC和4通道DAC，具有10 mA 灌/源