Использование логарифмических

И.Ю.САМКОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ЛОГАРИФМИЧЕСКИЕ УСИЛИТЕЛИ ДЛЯ КОНТРОЛЯ
МОЩНОСТИ ПЕРЕДАВАЕМОГО СИГНАЛА
№3 2008
Рассматривается
реализация
систем
регулирования
логарифмических
усилителях,
описывается
возможность
компенсации с помощью микроконтроллера.
мощности
на
температурной
Точное измерение мощности в беспроводной связи является очень
важным. Принудительное задание мощности передающего усилителя сверх
необходимого уровня может повлечь лишние расходы. Использование
повышенного тока приводит к увеличению стоимости узлов питания, а
также к необходимости отводить дополнительное тепло. В худшем случае
это может привести к выходу оборудования из строя.
Для мобильных устройств точное ограничение РЧ-мощности до
минимально необходимого уровня сокращает потребление от батареи и, тем
самым, продлевает работу мобильного устройства в режиме разговора.
Существует множество способов контроля мощности РЧ-сигнала, но
большинство решений построено на постоянно развивающейся технологии
логарифмических усилителей (ЛУ).
В данных применениях критичным параметром является температурная
стабильность детектора. Долгое время для регулирования мощности в
передатчиках использовались диодные детекторы. Они проявляли хорошую
термостабильность, но имели плохие характеристики на малых мощностях.
Даже со схемой термокомпенсации диодные детекторы могут обеспечивать
совсем небольшой рабочий диапазон. Популярная альтернатива диодным
детекторам — демодулирующие логарифмические усилители.
Есть несколько путей измерения мощности, включая использование
систем с обратной связью. Для измерения мощности, передаваемой от
усилителя мощности (УМ) к антенне, используется направленный
ответвитель. Дополнительное ослабление требуется, в основном, для
снижения мощности до пределов измерительного диапазона детектора.
Результат измерений сравнивается с заданным значением напряжения;
разница поступает на интегратор, а также обычно передается на усилитель
ошибки. Выходное напряжение усилителя ошибки изменяется до тех пор,
пока выходная мощность УМ не будет соответствовать установленному
значению напряжения. Усилитель ошибки не обязательно управляет током
УМ; система будет не менее эффективна, если УМ имеет фиксированное
усиление, а усилитель ошибки контролирует параметры усилителя
промежуточной частоты с регулируемым коэффициентом усиления.
Такой тип контроля мощности полезен для систем, требующих быстрого
управления мощностью, таких как многостанционный доступ с временным
разделением каналов (TDMA) где мощность передаётся точно разбитыми во
времени пачками импульсов. Быстрый «локальный» контроль позволяет
линейно менять мощность вверх и вниз. Если используется
логарифмический детектор, то мощностью можно управлять в довольно
широком диапазоне (около 40…60 дБ).
Также возможен вариант, при котором входной сигнал детектора
оцифровывается. Программное обеспечение процессора цифровой
обработки
сигналов
(DSP)
или
микроконтроллера
выполняет
регулирование, основанное на измеренных результатах, и затем
подстраивает выходную мощность, используя ЦАП. Поскольку такое
регулирование не подходит для быстрого контроля, оно чаще используется
в системах с непрерывно передаваемой мощностью (таких как CDMA,
WCDMA, и TD/SCDMA). С цифровым контролем в измерительную схему
может добавиться дополнительная калибровка. Например, если детектор
мощности «плывёт» (но с хорошей повторяемостью) при изменении
температуры, можно применить алгоритм компенсации (при условии, что в
системе присутствует температурный датчик).
Возможна ещё одна альтернативная архитектура управления
мощностью, по которой работают некоторые мобильные телефоны. В этой
архитектуре за основу принимается то, что мощность передачи должна
определяться принятой мощностью. Например, если мощность
принимаемого сигнала убывает, передаваемая мощность увеличивается. Это
медленная и отчасти неточная система. Однако, этот вариант пригоден для
установления мощности при включении связи.
В основном, точность измерений наиболее критична в случае, когда УМ
работает на полной мощности. Например, в передатчике 50 дБм (100 Вт)
ошибка в 1 дБ в напряжении схемы контроля мощности выразится в 51 дБм
(126 Вт) передаваемой мощности. Из-за возможности подобной неточности
усилители мощности делают на 25% мощнее, чем нужно, а значит, у них
будут большие физические размеры и более высокая цена. Однако при
малых мощностях передачи допуск выходной мощности определяется
только необходимостью не выходить за границы стандартов беспроводной
сети.
Современные логарифмические детекторы могут принимать входные
сигналы с частотой более 8 ГГц, замещая
собой более традиционные диодные детекторы. Используя стабильные
ЛУ и датчики температуры, микроконтроллеры могут компенсировать
ошибки температурного дрейфа для улучшения общей точности РЧсистемы контроля мощности. ЛУ с плотным температурным
распределением позволяют применять простую компенсацию ошибки
соответствия. Двухточечная калибровка с умеренным значением
характеристики температурного дрейфа позволяет создать точные системы
управления РЧ-мощностью с температурным размахом ±0,5 дБ.
Литература
1. E. Nash, High-speed logamps precisely detect power//Microwaves&RF, September,
2004.
2. C.Calvo, A. Mazzei, Tightening the screws in RF-power measurement,
http://rfdesign.com, April, 2005.