蜂窩通信的發(fā)展與先進(jìn)調(diào)制方案的關(guān)系日益密切。在最新一代(2.5g和3g)基站中，設(shè)計(jì)策略包括實(shí)現(xiàn)高線性度同時(shí)把功耗減至最小的方法。例如，通過(guò)監(jiān)控基站功率放大器的性能，可以把功率放大器(pa)的輸出功率最大化，同時(shí)獲得最佳線性度和效率。幸運(yùn)的是，采用為此目的量身定做的分立式集成電路(ic)，就可以很簡(jiǎn)單地監(jiān)控pa的輸出電平。

　　無(wú)線基站在功耗、線性度、效率和成本方面的性能主要取決于pa和信號(hào)鏈路。硅橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(ldmos)晶體管具有低成本和大功率的優(yōu)勢(shì)，非常適合于現(xiàn)代蜂窩基站pa設(shè)計(jì)。對(duì)線性度、效率和增益進(jìn)行綜合權(quán)衡才能夠保持ldmos pa晶體管的最佳偏置條件。

　　基于環(huán)保原因，基站功率效率的優(yōu)化也是電信業(yè)各公司的主要考慮事項(xiàng)。為降低基站的總能耗，減小它們對(duì)環(huán)境的污染，業(yè)界正在做大量的努力�；久刻斓倪\(yùn)行成本主要源自電能的消耗，其中，pa消耗的電能可能就占了一半以上，因此，優(yōu)化pa的功率效率可提高基站的運(yùn)行性能，有助于環(huán)保和成本降低。

　　控制漏極偏置電流，使其在溫度和時(shí)間變化時(shí)保持恒定，這能夠顯著提高pa的總體性能，同時(shí)確保其輸出功率級(jí)保持在規(guī)定范圍以內(nèi)。控制柵極偏置電流的方法之一是把它和一個(gè)電阻分壓器固定在一起，在測(cè)試/評(píng)估階段優(yōu)化柵極電壓。

　　雖然這種固定柵極電壓解決方案頗具成本效益，但它有一個(gè)主要缺點(diǎn)，即沒(méi)有考慮到環(huán)境的變化、制造的擴(kuò)展或電源電壓的變異。利用一個(gè)高分辨率數(shù)模轉(zhuǎn)換器(dac)或一個(gè)分辨率較低的數(shù)字分壓計(jì)來(lái)動(dòng)態(tài)控制pa柵極電壓，可以對(duì)輸出功率進(jìn)行更好的控制。利用用戶可編程?hào)艠O電壓，即使電壓、溫度和其它環(huán)境參數(shù)發(fā)生變化，pa也能夠保持它的最佳偏置條件。

　　影響pa漏極偏置電流的兩個(gè)主要因素是pa的高壓供電線的變化和片上溫度的變化。pa晶體管的漏極電壓很容易受高壓供電線變化的影響。通過(guò)采用一個(gè)高端電流(i)感測(cè)放大器來(lái)精確測(cè)量高壓供電線上的電流，就可以監(jiān)控pa晶體管的漏極電壓。滿刻度讀數(shù)由一個(gè)外接感測(cè)電阻(r)來(lái)設(shè)定。在監(jiān)控極高電流的應(yīng)用中，這個(gè)感測(cè)電阻的功耗必須為i2r。如果該電阻的額定功耗超出，它的值可能偏移或完全錯(cuò)誤，造成端接器件上的差分電壓超過(guò)最大絕對(duì)額定值。

　　測(cè)得的電壓，以電流傳感器的輸出表示，可被多路輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)中，以產(chǎn)生監(jiān)控所需的數(shù)字信息。需注意確保電流傳感器的輸出電壓盡可能接近adc的最大模擬輸入范圍。通過(guò)對(duì)高壓線的持續(xù)監(jiān)控，當(dāng)感測(cè)到供電線上出現(xiàn)浪涌電壓時(shí)，功率放大器可以重新調(diào)節(jié)自己的柵極電壓，從而保持一個(gè)最佳的偏置條件。

　　ldmos晶體管的漏源電流ids，有兩個(gè)與溫度有關(guān)的項(xiàng)，即有效電子遷移率μ和閾值電壓vth：

　　閾值電壓和有效電子遷移率隨溫度升高而降低。因此，溫度的變化將引起輸出功率的變化。通過(guò)利用一個(gè)或多個(gè)分立式溫度傳感器對(duì)pa的溫度進(jìn)行測(cè)量，就可以監(jiān)控板上的溫度變化。要滿足系統(tǒng)的要求，從模擬電壓輸出溫度傳感器到單線數(shù)字輸出溫度傳感器、inter-ic總線(i2c)，乃至串行外設(shè)接口(spi)控制，有各式廣泛的分立式溫度傳感器可供選擇。

　　把溫度傳感器的輸出多路輸入到adc中，把該溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)以供監(jiān)控所用(圖1)。根據(jù)系統(tǒng)的配置情況，板上有可能需要使用大量溫度傳感器。例如，如果有一個(gè)以上的pa被采用，或者前端需要多個(gè)前置驅(qū)動(dòng)器，讓每一個(gè)放大器使用一個(gè)溫度傳感器可對(duì)系統(tǒng)提供更多的控制。本例中，需要一個(gè)多通道adc來(lái)轉(zhuǎn)換溫度傳感器的模擬輸出。目前，各類adc都具有內(nèi)置溢出(out-of-range)警告功能，當(dāng)輸入超過(guò)已定限值時(shí)會(huì)給出警告。在pa信號(hào)鏈路中，這種功能對(duì)監(jiān)控溫度和電流傳感器讀數(shù)意義重大。高端限值和低端限值都可以預(yù)先設(shè)定，只有超出這些限值時(shí)才產(chǎn)生警告信息。這類設(shè)計(jì)一般還帶有滯后寄存器。若限值超出，由這種寄存器決定警告標(biāo)記的復(fù)位點(diǎn)。滯后寄存器可以防止溫度或電流傳感器讀數(shù)連續(xù)觸發(fā)警告標(biāo)記。例如，analog devices公司的ad7992、ad7994和ad7998 12位低功率i2c接口adc就帶有這種溢出限值指示器，同時(shí)分別可提供2、4和8個(gè)功率處理通道。

　　利用控制邏輯電路，可以對(duì)來(lái)自電流傳感器和溫度傳感器的混合數(shù)字信息進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)控。通過(guò)數(shù)字分壓計(jì)或dac來(lái)動(dòng)態(tài)控制pa的柵極電壓，同時(shí)監(jiān)控傳感器的讀數(shù)，可以保持一個(gè)最優(yōu)化的偏置條件。dac的分辨率將由柵極電壓所需要的控制級(jí)別來(lái)決定。在基站設(shè)計(jì)中，電信公司普遍采用多個(gè)pa(圖2)，因?yàn)檫@樣一來(lái)，在為每一個(gè)射頻(rf)載波選擇pa時(shí)靈活性更大。每一個(gè)pa都可以針對(duì)某一特殊調(diào)制方案被優(yōu)化。再把pa并聯(lián)起來(lái)，就可以提供更高的線性度和更高的總體效率。在這種情況下，pa可能需要多個(gè)級(jí)聯(lián)增益級(jí)，包括可變?cè)鲆娣糯笃?vga)和前置驅(qū)動(dòng)器級(jí)，以滿足增益和效率要