筆者在以前的博客文章里談?wù)摿?a href="http://m.makelele.cn/tags/功率放大器/" target="_blank">功率放大器（PA）及其在無線基站中的使用。主要闡明靜態(tài)電流（或者說是流過PA的直流 (DC) 電流）如何在影響整體系統(tǒng)性能和效率方面發(fā)揮重大作用。此外，還可對該靜態(tài)電流（IDSQ）進行選擇，以優(yōu)化功耗和信號（射頻【RF】）增益。

既然您已理解了這個概念，那么讓我們假設(shè)這樣的情景：您馬上抓起一個PA前往離您最近的實驗室，為獲得一個規(guī)定的IDSQ電流值而對柵極進行偏置。經(jīng)過一些負載線分析后，您選擇了一個q點，并用該信息來對該PA的柵極進行偏置。成功了！一切似乎都在按計劃進行。為了犒勞自己，您決定趕著去吃頓快餐。您稍事休息后返回實驗室，令您驚奇的是，您發(fā)現(xiàn)IDSQ值已發(fā)生了變化。

這是怎么回事呢？哦，原來該PA在器件運行過程中顯示出的非線性主要依賴于溫度。當您離開時，該PA在慢慢升溫，產(chǎn)生了不同的IDSQ值。這是一個問題，因為IDSQ的變化會影響系統(tǒng)性能（這些變化會引起信號失真）。

為了從數(shù)學方面解釋這個溫度依賴性的概念，圖1將該PA簡化成了金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）模型。

圖1：MOSFET對溫度的依賴性

上圖展示了晶體管處于飽和狀態(tài)時的特性。您從方程式1中可看到，在整個溫度范圍內(nèi)影響該器件非線性行為的兩個參數(shù)是該器件的載流子遷移率（μ）和閾值電壓（Vth）。這個簡化的模型展示了溫度如何影響PA性能 ——實際上，RF PA的范圍很廣，從橫向擴散金屬氧化物半導(dǎo)體（LDMOS）到氮化鎵（GaN），再到砷化鎵（GaAs）技術(shù)，不一而足。盡管這些技術(shù)表現(xiàn)出不同的器件行為，但它們卻都因為各自在整個溫度范圍內(nèi)的閾值電壓（Vth）和遷移率（μ）變化而顯示出相似的溫度依賴性。即使這些參數(shù)發(fā)生最不起眼的變化也會影響性能，原因是這會改變流經(jīng)PA的電流，從而導(dǎo)致不可預(yù)測的輸出功率。

為抵御非線性的影響，大多數(shù)解決方案都包括可在整個PA上記錄電流或溫度的監(jiān)測系統(tǒng)。讓我們回顧一下它們是什么。

電流檢測

該方法包括一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和一個電流檢測放大器，以便通過在整個檢測電阻器RSENSE上測量差分電壓來監(jiān)測IDSQ，如圖2所示。當IDSQ在整個溫度范圍內(nèi)變化時，微控制器（MCU）可采用積分算法對數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）電壓進行數(shù)字調(diào)節(jié)。當所測的IDSQ和預(yù)期值有出入時，MCU可更新DAC電壓，使IDSQ更接近該預(yù)期值。

圖2：電流監(jiān)測與控制

溫度檢測

為了實施這個方法，在整個溫度范圍內(nèi)均對該PA進行了表征，以便為給定IDSQ獲得含有溫度與柵極電壓（VGS）數(shù)據(jù)的查找表（LUT）。圖3展示了范例表征曲線。

圖3：Vgate與溫度——表征曲線

在運行過程中，MCU可回頭查閱存儲器中所存的LUT。溫度傳感器可在整個PA上測量溫度，該溫度用來插入規(guī)定電流所需的柵極電壓。一旦計算出這個值，MCU就會對DAC進行數(shù)字更新，從而產(chǎn)生更新過的偏置電壓。圖4展示了該系統(tǒng)。

圖4：溫度監(jiān)測與控制

正如您可能已注意到的，為實現(xiàn)可高效優(yōu)化PA性能的穩(wěn)健解決方案，需要若干組件。這些組件包括ADC、電流檢測放大器、DAC、溫度傳感器、精密參考塊和接口連接型MCU（最后一項但并非最不重要的一項）。

為減少組件數(shù)量，許多新器件經(jīng)設(shè)計后具有集成的ADC、DAC、精密參考和溫度檢測功能。在這些器件中就有TI的模擬監(jiān)測與控制（AMC）產(chǎn)品。在下一篇博客文章中將非常詳細地介紹這些AMC產(chǎn)品，但對于喜歡預(yù)先進行研究的人士，歡迎您查看這些產(chǎn)品：AMC7812、AMC7836和AMC7834。