MAXREFDES39#：通過MAX11300 PIXI實(shí)現(xiàn)功率放大器偏置

一、概述

在射頻基站應(yīng)用中，功率放大器（PA）的偏置和監(jiān)測至關(guān)重要。MAXREFDES39#參考設(shè)計(jì)使用MAX11300（也稱為可編程混合信號(hào)I/O（PIXI））來實(shí)現(xiàn)對功率放大器的偏置和監(jiān)測。該設(shè)計(jì)可適用于任何功率放大器，這里以英飛凌PTMA210152M - 20W為例進(jìn)行說明。

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設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1. 適用范圍：可對頻分雙工（FDD）和時(shí)分雙工（TDD）射頻功率放大器進(jìn)行監(jiān)測、偏置和控制。
2. 監(jiān)測功能
   • 能夠進(jìn)行精確的電壓和電流測量。
   • 通過Maxim電流檢測放大器（MAX44285）進(jìn)行電流測量。
   • 監(jiān)測第一級(jí)和第二級(jí)放大器的漏極電壓和電流。
   • 具備兩個(gè)外部和一個(gè)內(nèi)部溫度監(jiān)測器。
   • 實(shí)現(xiàn)第一級(jí)和第二級(jí)放大器的柵極偏置。
3. 控制功能
   • 實(shí)現(xiàn)快速的射頻功率放大器開關(guān)控制。
   • 具備同步TDD功能。
   • 提供高效、可調(diào)節(jié)的漏極電壓供應(yīng)。
   • 具備LED信號(hào)和報(bào)警功能。
   • 擁有自動(dòng)控制功能。

電路隔離與供電

USB接口到微控制器以及串行接口到MAX11300通過MAX14850與主電路進(jìn)行數(shù)字隔離。微控制器部分通過USB供電，而電路的其余部分由單獨(dú)的36V直流電源供電。

二、設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

MAX11300內(nèi)部設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)利用了MAX11300高度可配置的輸入/輸出能力來偏置英飛凌PTAM210152M 15W兩級(jí)LDMOS功率放大器。MAX11300內(nèi)部包含六個(gè)單端ADC、四個(gè)DAC、兩個(gè)開關(guān)和兩個(gè)GPO。

• ADC配置：三個(gè)ADC配置為0至2.5V輸入范圍用于電流檢測測量，另外三個(gè)配置為0至10V輸入范圍用于電源電壓檢測。
• DAC配置：兩個(gè)DAC用于調(diào)節(jié)MAX17503 DC - DC轉(zhuǎn)換器，以實(shí)現(xiàn)功率放大器的最佳功率輸出；另外兩個(gè)DAC用于對功率放大器的第一級(jí)和第二級(jí)進(jìn)行偏置。
• 開關(guān)應(yīng)用：GPI控制的模擬開關(guān)可用于TDD應(yīng)用中DAC輸出的快速切換。若不需要快速切換，可通過內(nèi)部連接或微控制器的隔離GPIO進(jìn)行連接。

電源供應(yīng)與調(diào)節(jié)

輸入功率由36V、150W直流電源提供。MAX17503 DC - DC轉(zhuǎn)換器用于將電壓調(diào)節(jié)為15V至28V供功率放大器使用，其輸入范圍為4.5至60V，最大輸出電流為2.5A。DAC輸出用于調(diào)節(jié)這些轉(zhuǎn)換器的FB輸入。

電流與溫度測量

• 電流測量：使用MAX44285電流檢測放大器（CSAs）測量功率放大器第一級(jí)和第二級(jí)的偏置電流。CSA輸出范圍設(shè)計(jì)為在0至1A電流下，使用0.05Ω傳感器電阻和50的增益時(shí)，輸出范圍為0至2.5V，因此所有用于監(jiān)測電流的ADC選擇0至2.5V的范圍。
• 溫度測量：通過熱膏將外部二極管連接到功率放大器，并連接到MAX11300的EXT Temp 1引腳；另一個(gè)二極管連接到功率放大器板并連接到MAX11300的EXT Temp 2引腳。

三、快速啟動(dòng)

所需設(shè)備

• 帶有USB端口的Windows PC
• MAXREFDES39#板
• 36V、150W直流電源（包含在MAXREFDES39#套件中）
• 帶電纜的溫度傳感器（包含在MAXREFDES39#套件中）
• 英飛凌PTMA210152M功率放大器評(píng)估（EV）套件（不包含）
• 連接MAXREFDES39#板和功率放大器EV套件所需的電纜
• 可能需要的射頻衰減器

測試步驟

1. 下載并安裝MAXREFDES39#軟件。
2. 將36V電源連接到直流插孔J9。
3. 通過迷你USB電纜將MAXREFDES39#板連接到PC。
4. 自動(dòng)驅(qū)動(dòng)軟件安裝完成后，通過開始菜單中的圖標(biāo)運(yùn)行軟件。
5. 通過配置選項(xiàng)卡加載隨軟件提供的MAX11300配置文件（MAXREFDES39#_config_file.csv）。
6. 視覺驗(yàn)證后，將文件寫入MAX11300設(shè)備。
7. 通過控制/監(jiān)測選項(xiàng)卡讀取ADC，結(jié)果應(yīng)接近圖5所示。
8. 改變PORT0和PORT10的DAC電壓從1V - 9V，分別測量V1和V2處從28V到12V的電壓變化。
9. 若上述測試通過，連接功率放大器EV套件。
10. 通過分別改變PORT6和PORT14的DAC電壓從2V到3V來調(diào)整功率放大器第一級(jí)和第二級(jí)的增益。
11. 從校準(zhǔn)選項(xiàng)卡校準(zhǔn)所有DAC和ADC配置端口的增益和偏移誤差。

四、軟件流程

配置功能

通過讀取MAX11300配置軟件生成的寄存器映射文件來配置MAX11300設(shè)備。配置選項(xiàng)卡提供加載配置文件的選項(xiàng)，加載后可查看設(shè)備的完整配置，若配置匹配可寫入MAX11300設(shè)備，該配置也可用于其他兩級(jí)功率放大器。

控制/監(jiān)測功能

控制/監(jiān)測選項(xiàng)卡可設(shè)置所有DAC配置端口的電壓并讀取所有ADC配置端口的數(shù)據(jù)，可讀取ADC端口的瞬時(shí)輸出和平均輸出，軟件還會(huì)計(jì)算平均數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

校準(zhǔn)功能

校準(zhǔn)選項(xiàng)卡用于校準(zhǔn)ADC和DAC的增益和偏移誤差，在該選項(xiàng)卡上設(shè)置增益和偏移誤差補(bǔ)償值，通過控制/監(jiān)測選項(xiàng)卡讀寫MAX11300設(shè)備數(shù)據(jù)時(shí)可看到對ADC和DAC配置端口的影響。

五、實(shí)驗(yàn)室測量

將2.1GHz射頻輸入連接到PTMA210152M EV套件，通過MAXREDES39#板對功率放大器進(jìn)行偏置，EV套件的輸出通過射頻衰減器連接到頻譜分析儀。功率放大器通過DAC配置端口（端口6和端口14）進(jìn)行偏置，頻譜分析儀結(jié)果顯示，在100kHz跨度內(nèi)，MAX11300未引入任何尖峰，而DAC更新速率為25kHz。

大家在實(shí)際應(yīng)用中，是否遇到過類似功率放大器偏置和監(jiān)測的問題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。