用于CDMA2000和W-CDMA基站的高功率放大器(hpa)的设计者在实现精确的发射功率测量方面遇到了许多挑战。复杂情况包括高峰值平均比、峰值平均比随基站呼叫时间长、大工作温度范围和大发射功率范围而变化。利用精确的均方根输出功率测量，HPA制造商可以降低他们设计的最大功率。本文介绍了几种精确测量和控制RMS超温功率的方法。

像CDMA2000和W-CDMA这样的复杂调制方案具有较大的峰均比。对于给定的最大平均输出功率要求，由于基站频谱掩模和EVM要求，峰值对平均值的增加，通常会增加最大设计功率要求(或线性化要求增加)。如果调制信号的峰值被截断，三阶失真将增加，导致基站无法满足其频谱掩模要求。截断调制信号的峰值也会导致数据丢失，使系统无法满足EVM要求。基于峰值功率传输要求设计HPA是昂贵但必要的。增加的费用是由于电气元件成本的增加和HPA效率的降低。HPA的最大设计功率总是与$/Watt相关，而运行远低于其饱和点的HPA是低效的。效率的降低会增加HPA模块的成本，因为它增加了用于散热的机械结构的成本、尺寸和重量，降低了HPA的可靠性，增加了HPA模块的运行成本。

降低HPA的最大设计功率对HPA制造商来说非常重要。HPA的饱和点越接近其平均功率，HPA的效率和成本效益就越高。有许多技术用于使HPA的饱和点尽可能接近平均发射功率，但这些技术都受到系统测量输出功率的能力的限制。HPA的最大设计功率需要通过射频功率测量公差(包括随温度和峰均比的变化)来增加，以确保符合频谱掩模和EVM。这使得射频功率测量系统的准确性对于降低HPA的成本和效率至关重要。

CDMA2000和W-CDMA调制方案不仅具有较大的峰均值，而且其峰均值随特定基站的呼叫量而变化。例如，在CDMA2000 is - 95a中，仅导频时前向链路波峰因子为6.6 dB, 64通道时为12 dB(不使用CF减小技术)。较大的峰值-平均值会导致非rms响应的RF功率检测器出现误差。如果调制方案保持恒定，则可以在生产中校准出较大的峰均比，但基于用户数量的峰均比变化则更难以处理。这需要跟踪系统上有多少用户，严格控制正在使用的Walsh代码，以及一个非常大的查找表，以便了解特定时间信号的峰值与平均比率。更好的选择是使用rms响应检测器。与二极管检测器或对数放大器不同，rms响应检测器在很大程度上不受波峰因子变化的影响。图1显示了高性能日志放大器(AD8318)与rms响应检测器(AD8364)的误差，这是由于CDMA2000 IS-95A基站TX部分的波峰因子变化(用户长)造成的。请注意，AD8318的输出在CW和64通道CDMA2000 IS-95A之间变化3.5 dB(或86 mV)，在Pilot和64通道CDMA2000 IS-95A之间变化2.4 dB，而AD8364的输出仅变化0.1 dB(或5 mV)。二极管检测器的行为类似于对数放大器，其输出电压随检测信号的波峰系数而变化。如果在该系统中使用Log放大器进行功率检测，则需要通过信号处理去除检测功率的2.4 dB变化，或者将其添加到HPA的最大设计功率中。

响应rms的RF检测器(AD8364)与不响应rms的RF检测器的误差显示了峰均比对功率检测的影响。非rms响应RF检测器(AD8318)在其输入信号的峰均比变化时显示出显著的测量误差，而rms响应RF检测器(AD8364)在很大程度上不受峰均比变化的影响。

在HPA工作温度范围内准确测量均方根功率对于确定HPA的最大设计功率也至关重要。这种测量的准确性(或缺乏)将需要直接添加到最大设计功率，除非执行困难且昂贵的温度校准过程。所有与HPA输出功率检测相关的组件(例如定向耦合器，衰减器等)都会在温度上增加误差，但大多数在HPA工作温度上变化很小。一般来说，HPA的温度输出功率的测量精度直接关系到探测器的温度性能。近年来，射频检测技术已经取得了长足的进步，创造出的设备在温度下的响应非常稳定(优于±)。5dB从-40°C到+85°C)。图2显示了AD8364双rms响应功率检测器的温度性能。该数据在+25°C(黑色)，-40°C(蓝色)和+85°C(红色)@ 450 MHz下采集。它包括来自多个生产批次的至少30个设备的电压和温度误差(环境校准后)与输入功率。每个部分在温度下的表现略有不同。

当温度从-40°C循环到+85°C时，器件AD8364输出电压和对数一致性误差与引脚(@ 450 MHz)的变化很小。对于取自不同生产批次的30个设备，即使性能在温度下略有不同，也是如此。

准确测量HPA的最大输出功率不仅至关重要，而且还必须测量HPA整个发射功率范围内的输出功率，尽管有时在较低功率水平下的精度并不那么重要。然而，在大动态范围内的测量精度与检测器和ADC分辨率都有关。图3显示了两个rms响应检测器(AD8364和ADL5500)的输出。ADL5500与输入射频信号的有效值呈线性关系，AD8364与输入射频信号的有效值(dB)呈线性关系。基于对低功率水平下动态范围和精度的要求，与ADL5500一起使用的ADC所需的分辨率可能远远高于AD8364。系统要求将决定哪个检测器/ADC将提供最具成本效益和最易于实施的解决方案，该解决方案基于低功率水平和动态范围要求的精度。

将输出与输入有效值(以dBm为单位)呈线性关系的检测器(器件AD8364)与输出与输入有效值(电压)呈线性关系的检测器(器件ADL5500)进行比较，可以看出动态范围的差异，并强调选择具有适当分辨率的ADC的必要性。

在某些情况下，使用反馈回路精确控制系统的功率或增益可以提高性能并取代简单的功率检测。许多目前提供的检测器除了检测外，还可以使用反馈回路(即控制器模式下使用的检测器)控制功率。如果在控制器模式下使用rms响应检测器，则可以非常准确地设置功率与输入功率，温度和波峰系数。该功率可以非常精确地设置，并且可以使用ADC控制的电压来改变其电平。在控制器模式下使用功率检测器来精确控制HPA的输入或输出功率将是一个理想的应用，因为它将消除检测输入或输出功率的需要。在控制器模式下，检测器确定其输入处的功率并调整VGA(或可变衰减器)，直到检测到的功率与电源控制输入电压设置的功率一致。图4显示了在控制器模式下用于控制输出功率的rms响应检测器(AD8364)的基本原理图。图5显示了当VGA由AD8364的一侧(双rms响应日志检测器)控制时，整体电路性能与输入功率和温度的关系。请注意，只要正确设置AD8364的功率电平，就可以在VGA和耦合器之间放置HPA，并且如果控制电压设置正确，则可以使用任何VGA(或可变衰减器)，输入功率范围将接近检测器的可检测功率范围(在AD8364的情况下为60 dB)。

在控制器模式下，检测器确定其输入端的功率并调整VGA(或可变衰减器)，直到检测到的功率与功率控制输入电压(VSTA)设置的电平一致。

当AD8364双rms响应检测器的一侧用于控制系统的功率时，检测器输入端(和输出端)的功率与输入功率和温度(小于±)保持恒定。1 dB)。

在控制器模式下工作的双rms响应检测器也可用于非常精确地控制HPA的增益与输入功率，温度和波峰因子的关系。如果HPA模块的增益在输入功率、温度和波峰系数上控制得足够精确，则HPA模块的输出功率不必报告，而是与输入功率直接相关。如果双检测器的两个输入都置于控制器模式，则检测器确定每个输入的功率并调整VGA的增益，直到其中一个输入检测到的功率等于另一个输入的功率。图6显示了用于控制系统增益的AD8364(双RMS检测器)的基本原理图。图7显示了该设置的性能。需要精确控制的一切都应包括在两个耦合器之间。注意，VGA、可变衰减器，甚至HPA的偏置都可以用来控制增益。如果检测器和VGA之间的控制电平设置正确，并且功率电平设计合理，则可用输入功率范围将接近检测器的可检测功率范围(在AD8364的情况下为60 dB)。

当双检测器的两个输入都在控制器模式下使用时，检测器将以这样一种方式控制VGA(或VVA等)，以便在两个RF输入处检测到相等的功率。系统的增益将由用于设置双检测器检测功率的耦合器和衰减器决定。

当Devices双有效值检测器(AD8364)的两个输入都置于控制器模式时，增益被控制到优于±。对温度和输入功率的影响为15 dB，动态范围几乎等于RMS检测器的动态范围。

CDMA2000和W-CDMA系统中使用的hpa的射频功率检测相关的许多挑战可以使用rms响应射频检测器来解决。由于随着基站长时间、大工作温度范围和大发射功率范围的变化而变化的大峰值-平均值所引起的检测功率变化现在是可管理的。现在有新的方法可以精确地控制功率和增益，从而消除对检测功率的需要。所有这些都使HPA制造商能够在提高HPA可靠性的同时降低成本。