脉冲雷达GaN MMIC功率放大器供电管理

Systems that incorporate highly integrated and highly sophisticated, high power radio frequency (RF) GaN power amplifiers (PAs), such as pulsed radar applications, are a constant challenge for today’s digital control and management systems to keep up with these ever-increasing levels of sophistication. To compete in this market, today’s control systems must be extremely flexible, reusable, and easily adaptable to various RF amplifier architectures that can be tailored to meet the needs of the designer.

这些复杂的管理系统需要创新的补偿算法，内置测试（位）功能，本地和远程通信接口，监视关键系统性能参数和环境条件，以及系统故障保护。这些系统的复杂性增加是由基于半导体的RF系统更高功率的需求驱动的。

这些高功率系统产生大量的热量，这对放大器的性能和平均故障间隔时间(MTBF)有影响。这些系统所需的射频放大器mmic是昂贵的高功率器件。因此，客户希望实时监控基于GaN pa的系统的性能和温度。这使得他们可以提前发现即将发生的问题，从而采取必要的行动来预防它。通过适当的控制电子设计，实现可以非常灵活yabosports官网，并可用于任何射频放大器架构。数字电子产品可以根据客户yabosports官网的需要进行定制。数字设计可以包括内置的保护逻辑，当损伤阈值接近时禁用氮化镓射频放大器。这些关键特性在优化宽带和温度下的射频性能方面发挥着关键作用。它们促进了高水平的可测试性、可维护性、易于系统集成和校准——因此提供了技术上的差异。

今天的半导体RF放大器继续增加复杂性和输出功率。为了优化性能，管理电源测序，提供故障检测，并提供放大器系统监控和保护，可以使用可再编程现场可编程门阵列（FPGA）和/或微控制器来实现电子产品。yabosports官网可重新编程的解决方案提供了当今开发先进的RF放大器子系统所需的灵活性。重新编程性最大限度地减少电路板的风险重新设计并由于设计错误而计划延迟。这些放大器系统具有相似但不同的要求依赖于应用。数字控制电子设备架构定制以适应应用要求，yabosports官网通常包括：

• 数字控制器
• 非易失性记忆
• 模数转换器（ADC）
• 数模转换器（DAC）
• 数字输入/输出（I / O）
• 直流电源调理
• 通信界面
• 各种模拟传感器

重复使用硬件和软件是能够快速有效地开发设计变体的关键。这些功能减少了工厂测试和校准的时间，并提供了一个重要的诊断工具，可帮助您的系统问题调试。

图1.典型的GaN PA控制系统。

用于RF放大器的控制系统中的FPGA

ADI RF放大器的大多数控制系统利用了FPGA。这些设备具有高度多功能，可包括内部软芯或嵌入式处理器。FPGA可以实现多个并行功能，可以同时且独立地操作。因此，FPGA具有快速反应的能力和关键电路条件以保护RF电子。yabosports官网逻辑功能和算法通常以硬件描述语言（HDL）实现，例如Verilog或VHDL。逻辑函数的执行由FPGA内的状态机逻辑控制。状态机控制基于输入和输出条件执行的操作序列。

优化放大器性能

为了优化放大器性能，必须将栅极电压设置为实现数据表中的放大器指定的电源电流。使用ADC监控功率放大器电源电流的DAC调节栅极电压。这些功能提供了快速校准RF放大器栅极电压的能力，而无需探测或修改RF电子设备。yabosports官网增强的电源测序，电源监控：FPGA设计可以实现为序列电压调节器和RF放大器，以最大限度地减少电流电流，并监控和检测放大器和电源故障。FPGA可以通过基于故障条件的检测或通过控制接口向计算机进行报告状态来关闭系统组件来采用保护作用。FPGA可以通过关闭未受主动使用的电路（待机模式）来管理整体系统功耗。

温度监控，热管理

温度是高功率放大器系统中RF性能的关键因素。具有监测温度的规定允许FPGA实现补偿放大器在温度上的算法。此外，通过温度监测，FPGA可用于控制诸如风扇速度的冷却系统，以便最小化性能下降。逻辑可以检测可能损坏的热条件并采取适当的动作。
数字和模拟I / O：FPGA可以控制RF开关，相移器，数字衰减器和电压变量衰减器（模拟衰减器）。几乎任何模拟传感器信号都可以使用ADC与FPGA接口。只要感兴趣的信息可以被投入数字格式并连接到FPGA，就可以监视和/或应用感兴趣的信息或信号，或者应用于用于处理的算法。

控制，计算机接口，图形用户界面（GUI）

这些可能是管理系统中最重要的方面，因为它们提供了容易访问所有控制，传感器和可从放大器系统提供的诊断数据。可以开发出GUI以将所有控制和状态信息格式化为易于使用的人机界面。可以开发软件脚本以促进整个系统集成和最终测试的极高生产测试覆盖，校准和故障分析。测试数据可以写入计算机文件或从计算机文件读取，并且校准数据可以存储到NVRAM中，以便在运行时用作补偿算法的变量。除了出厂使用之外，可以在该字段中使用此功能强大的接口工具来监控系统运行状况，确定系统根源故障，并提供控制软件的简单现场升级。该界面的变体可以轻松地为物联网（物联网）应用程序提供宽容，有助于为边缘带来智能。

GaN RF功率放大器用于连续波（CW）模式和脉冲模式应用。脉冲操作从控制角度挑战，因此这是本次讨论的重点。脉冲RF可用于通信，医疗和雷达应用程序，以命名几个。脉冲操作具有降低的热耗散，便于较低的苛刻的冷却方案，并最大限度地减少系统外部直流电源要求。然而，增加脉冲重复频率（PRF）与较低的占空比和更快的稳定时间要求继续推动最新技术。我们对这些苛刻要求的方法已经利用数字控制系统来脉冲RF MMIC。现场可编程门阵列通常用于根据系统要求使用栅极或漏极脉冲技术启用/禁用RF MMIC。FPGA对RF MMIC的控制接口通常由电路组成，以将电源切换到MMIC的漏极电源，或者某种形式的模拟或数模电路接口到栅极。根据开关速度和稳定时间要求，可能需要电容器库在脉冲MMIC时本地局部存储能量，以用于最有效的直流偏置。

图2和图3示出了可用于脉冲RF应用的通用，典型电路。FPGA提供对脉冲信号的定时控制，并为RF MMIC提供同步状态监控和保护。FPGA可以接收单个脉冲信号并将其分发到一个或多个RF MMIC器件，同时保持关闭定时关系。

高功率脉冲应用中的栅极脉冲的益处是不需要高直流切换。然而，通过要求栅极电压必须精确且良好地控制以优化RF性能，栅极脉冲可能是复杂的。MMIC表征数据通常在单个静态栅极偏置条件下执行 - 其中MMIC性能最好。MMIC通常不表征脉冲操作。当栅极电压在夹断状态和ON状态之间切换MMIC时，一些MMIC表现出不稳定性。漏极脉冲可能更加宽容，并且可能需要较少的MMIC表征数据。必须仔细审查每个脉冲应用的要求以确定最佳的脉冲方法和电路。任何MMIC脉冲应用，浇口或漏极脉冲都应用实际的预期MMIC进行评估，以便在设计中使用。

图2.典型的栅极控制方案。

图3.典型的漏极开关方案。

总结

为了在这个市场上竞争，今天的控制系统必须非常灵活，可重复使用，并且很容易适应各种RF放大器架构，可以根据客户量身定制以满足客户的需求。它们可以包括内置保护逻辑，以禁用RF放大器，因为接近损坏阈值并在需要优化宽带宽和操作温度下优化RF性能的关键作用。它们促进了高水平的可测试性，可维护性，易于系统集成以及校准 - 从而提供了与当今高功率放大器管理系统产生的竞争对手的技术分化。

在这些系统中实现的MMIC电源管理系统使ADI通过允许ADI与客户合作，为他们提供与自己的系统无缝集成的系统。对这些类型的半导体RF放大器系统的需求继续生长。随着这些系统的复杂性继续增加，保护和控制这些系统所需的数字控制电子设备的复杂性也将继续增长，因为我们继续在今天的高功率GaN的放大器管理系统上进行创新。yabosports官网

本文是合作的David Bennett.和Richard Diangelo.。

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