精確的RF功率管理是現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)發(fā)射器的熱點(diǎn)話(huà)題，從基站的功率放大器保護(hù)到移動(dòng)應(yīng)用中的延長(zhǎng)電池使用時(shí)間，它都有很多的優(yōu)點(diǎn)。RF功率監(jiān)測(cè)器，比如對(duì)數(shù)放大器，允許RF功率測(cè)量系統(tǒng)在一個(gè)較寬的范圍監(jiān)控和動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)射功率。盡管近幾年來(lái)功率監(jiān)測(cè)的精度已經(jīng)有了很大改進(jìn)，但是對(duì)于像那些需要高功率發(fā)射的應(yīng)用甚至受到0 dB功率監(jiān)測(cè)誤差微小變化引起的顯著影響。因此促使不斷提高檢測(cè)器性能。

將對(duì)數(shù)放大器和溫度傳感器結(jié)合起來(lái)是一種可行的設(shè)計(jì)溫度補(bǔ)償方案，以顯著減小RF功率管理中兩項(xiàng)主要誤差因素的作用——溫度和制造工藝變化。在某些情況下，將溫度補(bǔ)償硬件集成到功率檢測(cè)芯片中。

RF功率管理概述

精確的基站RF功率管理非常重要，發(fā)射功率放大器的驅(qū)動(dòng)能力超過(guò)需求的輸出功率水平會(huì)損失很大。過(guò)多的電流消耗不但導(dǎo)致增加成本而且還會(huì)引起需要增加散熱措施的散熱問(wèn)題。在極端情況下，功率放大器過(guò)驅(qū)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致由燒毀故障產(chǎn)生的可靠性問(wèn)題。

精確的基站RF功率管理另外一個(gè)好處同樣超過(guò)移動(dòng)發(fā)射器，因?yàn)樗麄冇邢嗤囊?。有了精確控制輸出功率的能力，移動(dòng)設(shè)備能夠使電源電流開(kāi)支最小。例如，RF功率管理允許發(fā)射的功率被精密限制在需要功率水平的最小值，從而減小電池電流。精確地控制功率會(huì)延長(zhǎng)通話(huà)時(shí)間，同時(shí)還允許移動(dòng)發(fā)射器符合蜂窩標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖1示出典型RF功率管理電路的框圖。發(fā)射信號(hào)通道由三個(gè)連貫的單元組成：基帶，射頻(RF)發(fā)射，功率放大器。在發(fā)射信號(hào)到達(dá)天線(xiàn)之前，其中發(fā)射信號(hào)的一部分被雙向耦合器采樣。將采樣的RF功率送到功率檢測(cè)器，在這里將它轉(zhuǎn)換為直流電壓。再將功率檢測(cè)器的輸出電壓數(shù)字化并且送到數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）或微控制器（MCU）。一旦得到數(shù)字化的功率測(cè)量值，就可根據(jù)測(cè)量的輸出功率與要求的輸出功率之間的關(guān)系做出決定。MCU可利用數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）和可變?cè)鲆娣糯笃鳎╒GA）調(diào)整輸出功率，以驅(qū)動(dòng)信號(hào)通道的功率控制——不論基帶信號(hào)、RF信號(hào)還是功率放大器。一旦測(cè)量的輸出功率與要求的輸出功率之間達(dá)到平衡，RF功率管理環(huán)路將達(dá)到穩(wěn)態(tài)。同時(shí)，引入溫度傳感器作為MCU的輸入以增加溫度補(bǔ)償能力。在發(fā)射器中僅用模擬電路，就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)類(lèi)似的RF功率管理環(huán)路。

圖1. RF功率管理電路使用對(duì)數(shù)放大器，充分利用其以dB為單位呈線(xiàn)性的寬檢測(cè)范圍

以前，在RF功率管理電路中一直使用二極管檢測(cè)器來(lái)調(diào)整發(fā)射功率。它們?cè)诟咻斎牍β手禃r(shí)提供良好的溫度性能，但在低輸入功率時(shí)性能變壞。甚至使用溫度補(bǔ)償電路，由于二極管檢測(cè)器在低輸入功率下使溫度性能變壞，只能提供很小的檢測(cè)范圍，一種流行的取代二極管檢測(cè)器的方法是解調(diào)對(duì)數(shù)放大器。對(duì)數(shù)放大器提供一個(gè)很容易使用以dB為單位呈線(xiàn)性的RF功率檢測(cè)響應(yīng)并且具有很寬的動(dòng)態(tài)范圍。

對(duì)數(shù)放大器

圖2示出逐級(jí)壓縮對(duì)數(shù)放大器。在本例中， 有4個(gè)10 dB級(jí)聯(lián)的限幅放大器構(gòu)成了逐步的壓縮鏈。5個(gè)全波整流檢測(cè)器單元將RF信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換為電流——其中一個(gè)檢測(cè)器單元在RF輸入端，其余4個(gè)在放大器級(jí)的輸出端。檢測(cè)器單元產(chǎn)生的電流與電壓信號(hào)幅度成比例，并且將這些電流相加以近似一個(gè)對(duì)數(shù)函數(shù)。用一個(gè)高增益級(jí)將流入的電流總和轉(zhuǎn)換成電壓?？缃釉?個(gè)10 dB放大器上的5個(gè)檢測(cè)器單元允許對(duì)數(shù)放大器具有50 dB檢測(cè)范圍。

圖2. 跨接在4個(gè)10 dB放大器之間的5個(gè)檢波器允許逐級(jí)壓縮對(duì)數(shù)放大器達(dá)到50 dB檢測(cè)范圍
圖3示出60 dB動(dòng)態(tài)范圍1 MHz～8 GHz帶寬對(duì)數(shù)放大器在2.2G Hz時(shí)的傳遞函數(shù)。RF輸出功率與其輸出電壓之間呈現(xiàn)一種線(xiàn)性關(guān)系，也就是說(shuō)，當(dāng)輸入功率增加時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出電壓以dB為單位呈線(xiàn)性關(guān)系跟著增加。圖中還包括一條對(duì)數(shù)一致性誤差曲線(xiàn)。這條對(duì)數(shù)一致性誤差曲線(xiàn)用于更近一步的檢查對(duì)數(shù)放大器的性能。在用灰色亮線(xiàn)表示的檢測(cè)范圍的線(xiàn)性區(qū)，可計(jì)算該傳遞函數(shù)的斜率和它與X軸的截距。這個(gè)信息提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的理想模型以便與對(duì)數(shù)放大器的實(shí)際響應(yīng)來(lái)比較。理想的線(xiàn)性參考模型在圖中用虛線(xiàn)表示。理想的線(xiàn)性模型與實(shí)際的響應(yīng)曲線(xiàn)相比較產(chǎn)生對(duì)數(shù)一致性誤差曲線(xiàn)（以dB為單位）。

圖3. 在對(duì)數(shù)放大器檢測(cè)范圍的線(xiàn)性區(qū)計(jì)算的理想的參考模型與其實(shí)際響應(yīng)曲線(xiàn)相比較。比較結(jié)果產(chǎn)生對(duì)數(shù)一致性誤差曲線(xiàn)。