基站RF功率放大器的偏置

現在的基站放大器通常選擇橫向DMOS (LDMOS) MOSFET作為功率器件，本文也用它來借以闡釋偏置技術。

RF類別和偏置
RF電路中的LDMOS放大器表現出不同程度的非線性，取決于它的直流偏置電平，該電平上疊加了RF波形。也就是說，如果保持恒定的RF門極信號，輸出電流(Iout)的諧波成分會隨著加在LDMOS器件門極上的直流偏壓的變化而改變(圖1)。LDMOS放大器輸出電流的諧波成分是一個非常重要的問題，因為在RF負載上，它所產生的干擾功率會影響本波段(帶內干擾)或鄰近波段(帶外干擾)。

圖1. 采用沒有任何控制的直流偏置的LDMOS器件門控

當輸出電流以360°導通角跟隨輸入電壓時，會得到最好的線性度。MOSFET工作在這種狀態(即A類工作狀態)所產生的失真比用其他方式偏置時小。可是，從功耗的角度來看，A類工作狀態是最不可取的，因為它消耗大量的直流電流。

在較高的RF功率下，假定標稱電源電壓為28V，此時放大器中的直流功耗將大得驚人。正是由于這個原因，RF工程師在放大鏈路的最后一級使用AB類偏置，同時他們喜歡在功耗小幾個數量級的前級中使用A類工作模式。在AB類中，輸出電流不完全跟隨輸入電壓，因此放大器的導通角低于360°。

AB類的RF信號失真比A類更顯著。其失真頻譜比A類的更寬更密集。但是，由于進入放大器的平均電流更低，AB類的功耗也更低。簡而言之，商用RF放大器類別的選擇是在線性度和效率之間權衡的結果。

偏置要求和LDMOS特性
LDMOS功放要求偏置電路隨著溫度和電源電壓的改變控制功放電流中的直流分量。最終目的是確保放大器的RF增益，以及其失真電平，在規定要求的界限內變化。從這方面來看，正確的偏置可協助線性化技術最大限度減小失真。決定LDMOS增益的方程是Iout = K (Vgs - Vth)²，其中K是一個常數，反映電子遷移率對增益的影響，Vth是FET的門限。K和Vth都和溫度有關。圖2顯示了LDMOS特性隨溫度的變化曲線。AB類中，設計者傾向于將偏置設置在交叉點的左側，使增益具有正溫度系數。A類中，放大器通常工作于交叉點的右側區域。

圖2. 隨溫度變化的LDMOS特性

用DS1847來控制A類和AB類偏置
圖3顯示了一個采用DS1847雙組、溫度控制的可變電阻控制LDMOS放大器門極的電路。DS1847內部的溫度傳感器向其查詢表提供了一個讀取溫度。根據查詢表IC調節兩個256位可變電阻，為放大器門極提供正確的偏置電壓。用戶對查詢表編程使LDMOS放大器產生固定的輸出電流。有關LDMOS特性，請參考圖2 (或制造商提供的詳細數據曲線)。通過兩個電阻衰減參考電壓，可獲得一個對溫度不敏感的電壓。

圖3. 采用DS1847雙組、溫度控制的可變電阻控制LDMOS放大器的門極