手机射频功率控制回路设计

手机射频功率控制回路设计
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为了保证系统的容量及互通作业性,GSM系统规格对手机发射功率的精密度、平坦度、发射频谱纯度以及带外杂散讯号进行了严格的规定,对手机射频功率放大器功率控制回路的设计提出了很高的要求。本文介绍了功率反馈控制法和电流检测反馈控制法,并针对第一种方法提出了详细的设计步骤。面包炉
GSM系统为时分多址(TDMA)系统,不同的用户在时间轴上被分隔开,每个用户在特定的一个时间间隔(时隙)内接收或发送信息。TDMA系统的该特性大幅提高了频谱利用率,同时也对行动台射频前端的设计提出了极大的挑战。GSM系统要求行动台的发射机以突发方式工作,即只在规定的时隙内开机发送信息,而在其它时隙则处于关闭状态。这种开关工作状态会使发射频谱内含有大量的杂散分量,严重影响其它用户。为保证系统容量和互通作业性,必须对行动台发射机的指标提出要求,这在ETSI GSM 11.10系列规格中都有规定。
为了达到规格要求,行动台发射机讯号的上升沿和下降沿不能过于陡峭,而必须是一个缓升和缓降的过程,如图1所示。图中最上及最下两条曲线称为功率-时间模板,在测试时发射讯号在每个时隙的功率-时间关系曲线不能超越这个模板,否则发射频谱纯度将不能满足要求,或者会丢失发射信息。中间曲线为射频功放的增益控制电压,由系统控制单元给出,用以控制射频输出功率。这要求能对发射机中的射频功率放大器实现精确的功率控制,同时,GSM行动台发射机根据系统要求也要能工作于几个功率等级上,这也要求精确的功率控制,为此必须采用反馈控制回路。实现功率控制的方法较多,比较常用的为输出
功率检测反馈控制法,该方法直接检测射频输出功率,透过反馈回路实现死循环功率控制。另外一种方法为电流检测反馈控制法,它检测末级功放管的电流,再透过反馈回路实现对输出功率的控制。
输出功率检测反馈控制法
为便于分析,首先给出功率控制回路的数学模型,如图2所示。
该反馈控制系统由五大部份组成:
1. 比较器:该组件负责比较由系统指令单元送出的控制讯号SC与反馈讯号SF之间的差别,并乘以增益Ks,给出误差讯号SE送到积分器,
2. 积分器:由以下的分析将会看出,加入积分器的目的是为了使输出电压Vo仅取决于SC和反馈增益KcKd,而与放大器增益Ka无关,因而改善回路控制特性。
南通东方中学3. 放大器:为射频功率放大器,增益可随外加控制电压的变化而变化,增益为Ka单车 pis。当外加控制电压低于某一特定值Vthreshold时,放大器不导通,无输出讯号。
4. 耦合器:耦合器为一功率取样组件,可将少量的射频功率取出。增益为Kc=10[-CF/20],其中CF称为耦合系数。
5. 检波器:检波器负责将耦合器送来的射频讯号进行平均值检波,得到对应的直流电压SF作为反馈讯号。检波器的增益为Kd
当控制回路闭合后,SC作为功率控制回路的一个输入来设定输出功率,Vo为功率放大器的输出,耦合器将一部份射频能量取出,经检波器变为反馈讯号SF,然后与SC经比较器处理得到误差电压SE,再经积分器得到功率放大器的控制电压。这个过程可以表示为:
Vo对时间的变化率可表示为:
在稳态时dVo/dt=0,所以此时Vo=SC/KdKc。这显示射频输出功率仅与控制电压和反馈支路的增益有关,而与Ka无关,这就是具有积分器的反馈控制回路的基本特性。
输出功率检测反馈控制电路设计
地理课件下面以图3所示的实例来说明功率控制回路的详细设计步骤。
在图3中,D1D2R4组成双肖特基二极管检波电路,D1D2配对使用可以补偿温度系
数的影响,本例中检波器的增益为0.45(-7dB),可承受的输入讯号范围为-20dBm+20dBm
R5C3U1A组成比较器和积分器,负责比较检波器的输出和控制讯号SC,得出误差电压SE并积分。
图中增益漯河日报社Kc=10[-CF/20],其中三平精神CF为耦合系数。在整个回路的设计中,耦合器的选择及积分器时间常数的确定比较关键,前者选择不当会使耦合讯号的幅度超出检波器工作的动态范围,而后者决定了回路是否能在规定的时间内完成开机锁定。GSM规格要求行动台的最小功率等级为5dBm,最大为33dBm(以上值均为天线处测量值)。而本实例电路中检波器能检测的最小功率为-20dBm,最大功率为20dBm。在功率控制回路开始工作的初始阶段,系统控制单元必须先给出一个较小的功率控制讯号,使回路完成锁定,进入追踪状态。这个初始功率控制讯号称为VpedestalVpedestal不能太大,GSM规格指出该值应比最小功率等级低1-6dB,这里选4dB进行运算:

本文发布于:2024-09-20 21:12:46,感谢您对本站的认可!

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