eng
Выпуск #5/2001
Д.Приходько.
Проектирование интегрального детектора для усилителя мощности, контролируемого напряжением
Проектирование интегрального детектора для усилителя мощности, контролируемого напряжением
Просмотры: 2498
Сегодня по мере уменьшения габаритов и расширения функциональных возможностей при одновременном снижении цен и улучшении технических характеристик станций мобильных систем связи (МС) особенно остро стоят вопросы интеграции и повышения функциональной сложности их элементной базы. Один из ключевых элементов МС – усилитель мощности, контролируемый напряжением (УМКН). Для его стабилизации необходима дополнительная замкнутая петля обратной связи, состоящая из ответвителя, диодного детектора и схемы стабилизации. Ответвитель и детектор – дорогостоящие элементы, занимающие большую площадь, и поэтому их прямая интеграция на кристалле затруднена. Очевидно, проблемы проектирования интегрального детектора, обеспечивающего высокую функциональность УМКН и позволяющего вместе с тем снизить его стоимость и габариты, представляют большой интерес.
Концепция построения интегрального детектора дополнительной цепи обратной связи, предназначенной для стабилизации УМКН [1,2], состоит в том, что при работе усилителя в классе AB постоянный ток коллектора (IС1) выходного транзистора (T1) пропорционален выходной мощности (рис.1а). Таким образом, величину постоянного тока можно использовать для контроля и коррекции выходной мощности усилителя [3]. При техническом воплощении этой идеи выходной транзистор (T1) и зеркальный транзистор (T2) представляют собой токовые зеркала (рис.1б), так что
IC1 / IC2 = A1 / A2,
где A1 и A2 – площади транзисторов T1 и T2, соответственно.
Следовательно, для контроля и коррекции выходной мощности усилителя можно использовать как IС1, так и IС2 (рис.2а и б). Для этого ток IС2 с помощью резистора R, включенного между коллектором T2 и источником питания Vпит или стабилизированным источником питания Vпит1, преобразуется в напряжение Vdet = Vпит1– IС2R. Для фильтрации СВЧ-составляющей сигнала в цепь коллектора T2 должен быть включен конденсатор емкостью C. В этом случае обратная передаточная функция f отрицательна, что важно для правильного функционирования петли обратной связи с суммирующим узлом (рис.3) [2].
Важный параметр детектора – динамический диапазон детектируемого напряжения DVdet = IС2R (рис.4), который помимо сопротивления резистора R зависит и от отношения площадей транзисторов T1 и Т2. При малой выходной мощности усилителя DVdet повторяет DVdet_dc – динамический диапазон детектируемого напряжения в отсутствие выходной мощности. Значение же DVdet_dc, а следовательно, и чувствительность интегрального детектора, зависит от схемы смещения выходного транзистора T1. Таким образом, при низких уровнях мощности чувствительность детектирования можно достаточно точно контролировать схемой смещения T1. Правда, как было показано выше, при низких уровнях выходной мощности схема смещения T1 определяет и величины токов IC1 и IC2. Это может вызвать определенный температурный разброс. С увеличением мощности передаточная функция IC2, зависящая от выходной мощности (Pвых), – стабильна.
Если для питания зеркального транзистора используется стабилизированный источник питания Vпит1, изменение напряжения питания УМКН Vпит не оказывает большого влияния на обратную передаточную функцию. Важное преимущество интегрального детектора на основе токового зеркала перед дискретным диодным устройством – незначительная деградация величины КПД усилителя мощности, которая для обычной цепи обратной связи с ответвителем и диодным детектором равна 5,5%. Для конфигурации с токовым зеркалом деградация КПД может быть оценена как
DКПД = КПД1– КПД2 = А2/2•А1,
где КПД1 и КПД2 – коэффициенты полезного действия усилителя мощности без токового зеркала и с токовым зеркалом, соответственно; A1 и A2 – площади транзисторов T1 и T2, соответственно.
Таким образом, предложен интегральный детектор для УМКН, чувствительность которого при низких уровнях выходной мощности задается схемой смещения мощного выходного транзистора, а динамический диапазон задается с помощью внешних компонентов (резистора). Поскольку УМКН работает в классе АВ, при низких уровнях мощности ток смещения практически отсутствует, что позволяет проектировать аналоговый контроллер мощности. И, наконец, предлагаемая схема УМКР дешевле обычного усилителя на основе ответвителя и диодного детектора и занимает меньшую площадь кристалла.
Литература
1. Приходько П.С, Приходько Д.П. Моделирование стабильности усилителя мощности, контролируемого напряжением. – ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ, 2001, №4, с.32.
2. Басюк М.Н., Приходько Д.П. Схема обратной связи усилителей мощности GSM-стандарта. Методика расчета и проектирования. – ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ, 2001, №2, с.29.
3. Pat. WO 01/18958A1, UK, Hol. Power Amplifier with Regulation Means/D.Prikhodko, J.Cairo, H.A. Visser.
IC1 / IC2 = A1 / A2,
где A1 и A2 – площади транзисторов T1 и T2, соответственно.
Следовательно, для контроля и коррекции выходной мощности усилителя можно использовать как IС1, так и IС2 (рис.2а и б). Для этого ток IС2 с помощью резистора R, включенного между коллектором T2 и источником питания Vпит или стабилизированным источником питания Vпит1, преобразуется в напряжение Vdet = Vпит1– IС2R. Для фильтрации СВЧ-составляющей сигнала в цепь коллектора T2 должен быть включен конденсатор емкостью C. В этом случае обратная передаточная функция f отрицательна, что важно для правильного функционирования петли обратной связи с суммирующим узлом (рис.3) [2].
Важный параметр детектора – динамический диапазон детектируемого напряжения DVdet = IС2R (рис.4), который помимо сопротивления резистора R зависит и от отношения площадей транзисторов T1 и Т2. При малой выходной мощности усилителя DVdet повторяет DVdet_dc – динамический диапазон детектируемого напряжения в отсутствие выходной мощности. Значение же DVdet_dc, а следовательно, и чувствительность интегрального детектора, зависит от схемы смещения выходного транзистора T1. Таким образом, при низких уровнях мощности чувствительность детектирования можно достаточно точно контролировать схемой смещения T1. Правда, как было показано выше, при низких уровнях выходной мощности схема смещения T1 определяет и величины токов IC1 и IC2. Это может вызвать определенный температурный разброс. С увеличением мощности передаточная функция IC2, зависящая от выходной мощности (Pвых), – стабильна.
Если для питания зеркального транзистора используется стабилизированный источник питания Vпит1, изменение напряжения питания УМКН Vпит не оказывает большого влияния на обратную передаточную функцию. Важное преимущество интегрального детектора на основе токового зеркала перед дискретным диодным устройством – незначительная деградация величины КПД усилителя мощности, которая для обычной цепи обратной связи с ответвителем и диодным детектором равна 5,5%. Для конфигурации с токовым зеркалом деградация КПД может быть оценена как
DКПД = КПД1– КПД2 = А2/2•А1,
где КПД1 и КПД2 – коэффициенты полезного действия усилителя мощности без токового зеркала и с токовым зеркалом, соответственно; A1 и A2 – площади транзисторов T1 и T2, соответственно.
Таким образом, предложен интегральный детектор для УМКН, чувствительность которого при низких уровнях выходной мощности задается схемой смещения мощного выходного транзистора, а динамический диапазон задается с помощью внешних компонентов (резистора). Поскольку УМКН работает в классе АВ, при низких уровнях мощности ток смещения практически отсутствует, что позволяет проектировать аналоговый контроллер мощности. И, наконец, предлагаемая схема УМКР дешевле обычного усилителя на основе ответвителя и диодного детектора и занимает меньшую площадь кристалла.
Литература
1. Приходько П.С, Приходько Д.П. Моделирование стабильности усилителя мощности, контролируемого напряжением. – ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ, 2001, №4, с.32.
2. Басюк М.Н., Приходько Д.П. Схема обратной связи усилителей мощности GSM-стандарта. Методика расчета и проектирования. – ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ, 2001, №2, с.29.
3. Pat. WO 01/18958A1, UK, Hol. Power Amplifier with Regulation Means/D.Prikhodko, J.Cairo, H.A. Visser.
Отзывы читателей
