筆者在以前的博客文章里談論了功率放大器（PA）及其在無線基站中的使用。主要闡明靜態電流（或者說是流過PA的直流 (DC) 電流）如何在影響整體系統性能和效率方面發揮重大作用。此外，還可對該靜態電流（IDSQ）進行選擇，以優化功耗和信號（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，為獲得一個規定的IDSQ電流值而對柵極進行偏置。經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，您發現IDSQ值已發生了變化。

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，產生了不同的IDSQ值。這是一個問題，因為IDSQ的變化會影響系統性能（這些變化會引起信號失真）。

為了從數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體場效應晶體管（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時的特性。您從方程式1中可看到，在整個溫度范圍內影響該器件非線性行為的兩個參數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體（LDMOS）到氮化鎵（GaN），再到砷化鎵（GaAs）技術，不一而足。盡管這些技術表現出不同的器件行為，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。即使這些參數發生最不起眼的變化也會影響性能，原因是這會改變流經PA的電流，從而導致不可預測的輸出功率。

為抵御非線性的影響，大多數解決方案都包括可在整個PA上記錄電流或溫度的監測系統。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轉換器（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測IDSQ，如圖2所示。當IDSQ在整個溫度范圍內變化時，微控制器（MCU）可采用積分算法對數模轉換器（DAC）電壓進行數字調節。當所測的IDSQ和預期值有出入時，MCU可更新DAC電壓，使IDSQ更接近該預期值。

圖2：電流監測與控制

溫度檢測

為了實施這個方法，在整個溫度范圍內均對該PA進行了表征，以便為給定IDSQ獲得含有溫度與柵極電壓（VGS）數據的查找表（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進行數字更新，從而產生更新過的偏置電壓。圖4展示了該系統。

圖4：溫度監測與控制

正如您可能已注意到的，為實現可高效優化PA性能的穩健解決方案，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）。

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