浅析如何通过固化校准系数自动调节射频功放的输出功率

    如图一所示，这是一套集成了功率监测模块，实时控制模块的无线发射机末端框图。具体的工作过程已经在上一期的博客中有比较详细的介绍，这里不再一一陈述。

图一 带功率检测模块的无线发射机末端框图

    我们明白，如果要判定一个功放的输出功率是否达到原本已经设定的数值，必须要拿一个参考源作为基准，通过比较两者之间差值大小，从而去调节控制整个信号链路增益的自由度，从而使他它们之间的差值减小到一定的范围，这样便可以做到连续监控发射功率的目的。当然了，这样的自由度有很多，如调节基带数据的幅度，调节可变增益放大器(在IF或RF端)，或者改变PA的增益。这样，增益控制环路对其自身进行调节，并使发射功率保持在要求的误差范围内。

    这样的参考源是怎样嵌入MCU或DSP的非易失性存储器(EEPROM)中的呢？

                图二   获取校准系数代码电路框图

    如图二所示，将定向耦合器后端的天线拔掉，更换为外部测量基准源——RF功率检测器或者频谱分析仪。通过ADC转换器获取功率计读数和RF检波器电压这些信息到相应的代码，并存入存储在非易失性存储器(EEPROM)中。

    将这样标准的离散的由功率计读数和RF检波器电压信息代码作为基准的校准系数固化在MCU或者DSP的内部ROM中。由于AD8362是均方根对数检波器，因此它的输出检测电压同输入的功率值在非常宽的范围之内成线性关系，可以使用简单的一阶方程对此对数放大器的传递函数建模。在确保发射机的工作功率范围与RF检波器的线性工作范围匹配，从而可以根据数学中两点确定一直线线原则，首先，拆掉天线并将功率计连接到天线连接器上；然后，将输出功率电平设定为接近最大功率，并将其发送到发射机电路板上微控制器或数字信号处理器(DSP)。同时对RF检波器的ADC采样，并将其读数提供给发射机的处理器。同理对输出功率电平设定为接近最小功率的时候进行同样操作，用这四个读数(低和高功率电平、低和高ADC码)，可以计算出斜率和截距(参见图3)，并且将计算结果存储在非易失性存储器中。

                  图三. 校准点在检波器的线性工作范围内的两点校准提供了良好的整体性能

    在完成对校正系数的获取操作之后，针对每一次设定的输出，由于功率放大器非线性以及不同环境的影响，射频功率放大器实际的输出功率会与原先设定的基准功率有一定的偏差，这个偏差值很有可能大于所能承受的范围，这样通过RF检波器获得的检测电压值代码同原先存储的标准的相应代码作比较，从而调节基带数据的幅度，调节可变增益放大器(在IF或RF端)，或者改变PA的增益，使实时监测回馈的电压值代码同原本固化的标称代码误差渐渐缩小到可以容忍的范围之内，这样就完成了对射频功率放大器输出功率的实时监测并自动校准微调的功能。

                    图四：环境温度对AD8362输出电压的影响

                     图五：输入信号频率对AD8362输出电压的影响

    这种两点校准的方法具有简单，操作性强的特点，适用于对所控制的输出功率精度要求不高的监测环境，但是这种简单易操作的代价是牺牲了精度的。由于整个信号放大链路以及功率检测链路对温度（如图四所示）和信号频率（如图五所示）具有一定的相关性，同时温漂效应也会引入一定的误差，因此我们所固化的标准数值一定要相对于温度和频率具有一定的非相关性，而具体的操作方法可以结合温度传感器，分段提取基准参数的方法给予操作。