RF功率控制电路的电压级设定

典型的现代通信信号链由发射和接收端组成，两个部分都需要RF(射频)功率监测和控制(图1)。目前，在两部分电路中，RF功率的监测通常都采用将功率监测和基于基准电压设定点的自动增益控制(AGC)技术结合起来的技术。接收端的信号监测往往是在中频(IF)完成的，而发射端的功率监测则可以在RF 或IF部分完成。两种最常见的方法是给控制链(往往在中频)添加一个可变增益放大器(variable-gain amplifier，VGA)，或者通过调节功率放大器(PA)的偏压直接对RF信号进行控制。在某些情况下，两种办法都可能要用到。 图1 功率检测和自动增益控制技术常常被同时用于监测RF功率。 接收侧必须能够处理不同强度的信号。例如，天气变化或者发射源相对于接收机的快速移动，都会造成信号强度的变化。理想情况下，为了最大限度增加用于完成接收信号数字化的模拟/数字变换器(ADC)的信/噪比(SNR)，总是希望通过利用ADC的整个动态范围来提供一个恒定的信号功率级。为了实现这一目标，可以采用一个或者多个VGA来对输入信号进行调节，使之成为AGC环路的一部分。此外，在采样前进行可变增益放大还能容许电路采用分辨率更低而采样速率更高的ADC，这样一来就保证了经济性。 增益放大器的输出通过一个检测器进行测量，该检测器又产生与其输入信号rms成正比的DC电压。该DC电压与一个基准电压进行比较，所得到的差值则完成积分。这就构成了为VGA提供的增益电压的基础。基准电压的设定对应于接收信号的理想rms电压值(要为ADC进行处理)，它使得VGA对其输出作出相应的调整。该基准往往是固定的，它能通过一个电位计产生。不过为了确保能获得足够的分辨率，以保证所期望的值，还要小心操作。 图2 设定点电压必须是数字可编程的，因此往往采用一个DAC来提供相应的电压。 虽然在接收侧，电压的设定值要求较为简单明了，但在发射端的情况却较为复杂。可以采用同一基本AGC电路，但此时发射功率可能需要得到动态的调整。温度或者电池电压的变化会使功率放大器(PA)的输出出现波动。为了维持信号的强度而且保证辐射不超出相关法规规定的范围，要对PA的输出进行监测。监测信号是通过一个定向耦合器从输出信号功率中抽取一小部分信号来获得的，这部分信号被反馈给一个对数放大器，而后与一个设定电压值(Vset)进行比较。测量到的功率与设定电压值之间的差值将使误差放大器动作，调整VGA 的偏压。其结果是实现了输出功率的重新校正，使之跟随Vset。如果必须改变输出功率的话，则也可以调整电压设定值。 电压设定点应该可以通过数字化的编程方式来设定，因此常常通过一个数模变换器(常常称为“辅助DAC”)来提供相应的电压。该环路的传递函数对Vset与输出功率之间的关系有着极其重要的影响，故有必要对环路进行校准(因为部件间存在着参数值的波动)。对于linear-in-dB传递函数来说，简单的2点校准就足够了。通过调节DAC电压来提供一种接近全部规定功率的输出功率水平，然后记录输入代码，就可以完成这一过程。随后，可以对DAC进行调整，以提供接近于最小水平的输出功率。该代码也被记录下来。这样，就可以计算出输出功率与电压设定点间的关系。如果检测器的传递函数是非线性的，则DAC的输入代码必须作出相应的规划。VGA的控制电压无需十分精确，但它必须具有单调性。相应的，DAC也应该保证变化的单调性。 DAC的另一个关键要求是尽可能减小偏移。如果输出偏移过大，发射机可能过早接通。更高分辨率的DAC可以实现对增益控制电压的更有力控制。一般来说，误差放大器的输入范围小于DAC的动态范围，因此只能使用与误差放大器的输入范围相对应的代码。另外，也可以对DAC的输出进行缩放，以便与误差放大器的输入实现匹配，从而增强对增益的控制分辩率(按dB/代码缩放)。 显然，功率级设定DAC在现代通信装置中有着重要的作用，而这些装置中的大多数是依靠电池供电的手持式产品。一旦DAC具有所期望的分辨率，而且能产生恰当的电压范围，功率和封装尺寸就变成关键性的考虑因素。Analog Devices公司的DAC系列产品中的AD5641，将14bit的分辨率与低功耗特性结合了起来，其封装为紧凑的6引脚SC-70。以单个2.7V"5.5V电源供电时，它消耗的最大电流为100mA。对于可以忍受较低分辨率的应用来说，厂商提供了8、10和12bit的版本 。低功耗，保证单调性，先进的偏移修调技术，紧凑的封装外形，这些优点使得该种器件成为RF功率控制电路进行电压级设定的理想选择。