手机输出功率检测反馈控制电路设计
为了保证系统的容量及互操作性，gsm系统规范对手机发射功率的精度、平坦度、发射频谱纯度以及带外杂散信号进行了严格的规定，对手机射频功率放大器功率控制环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，并对第一种方法给出了详细的设计步骤。
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系统的该特性极大地提高了频谱利用率，同时也对移动台射频前端的设计提出了极大的挑战。gsm系统要求移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，严重影响其他用户。为保证系统容量和互操作性，必须对移动台发射机的指标提出要求，这在etsi gsm 11.10系列规范中都有规定。
图1 pvt 功率--时间模板
为了达到规范要求，移动台发射机信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，在测试时发射信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移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环路。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，通过反馈环路实现闭环功率控制。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，再通过反馈环路实现对输出功率的控制。
输出功率检测反馈控制法
图2 功率控制环路的数学模型
为便于分析，首先给出功率控制环路的数学模型，如图2所示。
该反馈控制系统由五大部分组成：
1. 比较器：该部件负责比较由系统指令单元送出的控制信号sc与反馈信号sf之间的差别，并乘以增益ks，给出误差信号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，从而改善环路控制特性。
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。当外加控制电压低于某一特定值vthreshold时，放大器不导通，无输出信号。
4. 耦合器：耦合器为一功率取样部件，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信号进行平均值检波，得到对应的直流电压sf作为反馈信号。检波器的增益为kd。
当控制环路闭合后，sc作为功率控制环路的一个输入来设定输出功率，vo为功率放大器的输出，耦合器将一部分射频能量取出，经检波器变为反馈信号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： eq1 eq2
vo对时间的变化率可表示为：公式3
在稳态时dvo/dt=0，所以此时 vo=sc/kdkc。这表明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，这就是带有积分器的反馈控制环路的基本特性。
输出功率检测反馈控制电路设计
下面以图3所示的实例来说明功率控制环路的详细设计步骤。
在图3中，d1、d2和r4组成双肖特基二极管检波电路，d1和d2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），可承受的输入信号范围为-20dbm--+20dbm。
r5、c3及u1a组成比较器和积分器，负责比较检波器的输出和控制信号sc，得出误差电压se并积分。
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图1 pvt 功率--时间模板
为了达到规范要求，移动台发射机信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，在测试时发射信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移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环路。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，通过反馈环路实现闭环功率控制。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，再通过反馈环路实现对输出功率的控制。
输出功率检测反馈控制法
图2 功率控制环路的数学模型
为便于分析，首先给出功率控制环路的数学模型，如图2所示。
该反馈控制系统由五大部分组成：
1. 比较器：该部件负责比较由系统指令单元送出的控制信号sc与反馈信号sf之间的差别，并乘以增益ks，给出误差信号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，从而改善环路控制特性。
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。当外加控制电压低于某一特定值vthreshold时，放大器不导通，无输出信号。
4. 耦合器：耦合器为一功率取样部件，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信号进行平均值检波，得到对应的直流电压sf作为反馈信号。检波器的增益为kd。
当控制环路闭合后，sc作为功率控制环路的一个输入来设定输出功率，vo为功率放大器的输出，耦合器将一部分射频能量取出，经检波器变为反馈信号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： eq1 eq2
vo对时间的变化率可表示为：公式3
在稳态时dvo/dt=0，所以此时 vo=sc/kdkc。这表明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，这就是带有积分器的反馈控制环路的基本特性。
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下面以图3所示的实例来说明功率控制环路的详细设计步骤。
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