如何才能实现基站功率放大器的监控和控制

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标签:adc(2724)放大器(7629)传感器(20272)

  蜂窝通信的发展与先进调制方案的关系日益密切。在最新一代(2.5G和3G)基站中,设计策略包括实现高线性度同时把功耗降至最低的方法。例如,通过监控和控制基站功率放大器(PA)的性能,以使功率放大器的输出功率最大,同时获得最佳线性度和效率。幸运的是,采用为此目的量身定做的分立式集成电路(IC),就可以很简单地监控和控制PA的输出电平。无线基站在功耗、线性度、效率和成本方面的性能主要取决于信号链中的PA。硅横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS)晶体管具有低成本和大功率性能优势,非常适合现代蜂窝基站PA设计。线性度、效率和增益的内在平衡决定着LDMOS PA晶体管的最佳偏置条件。基于环保原因,基站电源效率的优化也是电信业各公司的重要考虑事项。为降低基站的总能耗,减小它们对环境的影响,业界正在进行不懈的努力。基站每天的运行成本主要源自电能的消耗,其中,PA消耗的电能可能就占了一半以上。因此,优化PA 的电源效率可提高基站的运行性能,有助于保护环境和提高经济效益。控制漏极偏置电流,使其在温度和时间变化时保持恒定,这能够显著提高PA的总体性能,同时确保其输出功率水平保持在规定范围内。控制栅极偏置电流的一种方法是把它与一个电阻分压器固定在一起,在测试/评估阶段优化栅极电压。虽然这种固定栅极电压解决方案颇具成本效益,但它有一个大缺点,即没有考虑到环境的变化、制造的扩展或电源电压的差异。利用一个高分辨率数模转换器DAC)或一个分辨率较低的数字电位计来动态控制PA栅极电压,可以对输出功率进行更好的控制。借助用户可编程栅极电压,即使电压、温度和其它环境参数发生变化,PA也能够保持最佳偏置条件。影响PA漏极偏置电流的两个主要因素是PA的高压供电线的变化和片内温度的变化。PA晶体管的漏极电压很容易受高压供电线变化的影响。通过采用一个高端电流(I)检测放大器来精确测量高压供电线上的电流,就可以监控PA晶体管的漏极电压。满量程电流读数由一个外接检测电阻(R)来设定。在监控极高电流的应用中,这个检测电阻必须能耐受I2R的功耗。如果超出该电阻的额定功耗,电阻值可能偏移或电阻完全失效,造成两端的差分电压超过绝对最大额定值。测得的电压以电流传感器的输出表示,可多路复用输入到模数转换器ADC)中,以产生监控所需的数字数据。需注意确保电流传感器的输出电压尽可能接近ADC的最大模拟输入范围。通过对高压线的持续监控,当检测到供电线上出现浪涌电压时,功率放大器可以重新调节其栅极电压,从而保持最佳的偏置条件。

  阈值电压和有效电子迁移率随温度升高而降低。因此,温度的变化将引起输出功率的变化。利用一个或多个分立式温度传感器测量PA的温度,就可以监控电路板上的温度变化。同时各式各样的分立式温度传感器可满足系统要求,从模拟电压输出温度传感器到数字输出温度传感器,控制接口有单线、I2C总线和串行外设接口(SPI)。

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