CN106443123A - 用于移动通信的功率放大器静态工作点测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于移动通信的功率放大器静态工作点测量方法及系统，包括设置调测计算机、电流检测监控工装、直流稳压电源和被测功放模块，所述被测PA模块采用无MCU架构，所述调测试计算机用于运行静态工作点测量调测试流程；所述电流检测监控工装，用于执行调测试计算机运行静态工作点测量调测试流程下达的命令和设置，对被测PA模块内部器件进行控制调节，获取被测PA模块实时的信息。采用本发明能有效节省功放内部MCU资源的硬件成本，同时保持测量的准确性和高效性，使得功率放大器静态工作点测量工作能在低成本和高效率之间得以平衡，具有重要的市场价值。

Description

用于移动通信的功率放大器静态工作点测量方法及系统

技术领域

本发明涉及到移动通信技术领域的功率放大技术，确切地说，涉及一种对功率放大器静态工作点进行测量和设定的技术方案。

背景技术

移动通信技术领域中，基站系统的常用术语表示说明如下：

1、 BS (Base Station)基站

2、 RRU(Radio Remote Unit)射频拉远单元

3、 BBU(Base Band Unit)基带处理单元

4、 PA(Power Amplifier)功率放大器

5、 Doherty 功率放大器技术的一种

6、 DPD(Digital Pre-Distortion)数字预失真

7、 LTE(Long Term Evolution)长期演进计划

8、 TD-LTE(Time Division Long Term Evolution)时分长期演进

9、 LDMOS(Laterally-Diffused Metal Oxide Semiconductor)横向扩散金属氧化物半导体

10、 DAC(Digital To Analog Converter)数字模拟转换器

BS（基站）设备作为移动通信的基础组成部分，承担着移动终端用户“最后一公里接入”的重任，随着LTE 等4G网络建设的加速，室内BBU加室外RRU组成的分布式基站架构开始广泛流行，作为RRU关键部件的PA（功率放大器）要求在具有良好线性指标的基础上尽可能的提高效率，以达到“绿色节能”的目的，DPD(数字预失真)和Doherty功放架构技术的应用大大提高了功率放大器的线性度和效率，但Doherty技术使用多个功放管并接方案，最终的整体性能表现取决于多个功放管静态工作点的协同配合，这就使得功率放大器静态工作点的确定变得更加复杂。

现在功率放大器广泛以LDMOS场效应管作为功率放大器件，LDMOS场效应管工作状态的稳定直接关系到功率放大器的线性，效率等关键指标，因此，测量并设置合适的静态工作点是功率放大器工作状态稳定的关键因素。

目前，业内对功率放大器静态工作点的测量和设置主要有如下几种方法：

一，采用硬件可调电位器电路的方法对功率放大器静态工作点进行测量和设置，然后辅以热敏电阻，二极管等温补器件进行工作时动态调节；

二，通过在PA内置MCU（单片机）控制DAC（数字模拟转换器）进行数字测量，然后在MCU内置软件上辅以数字化的工作时动态调节；

对于方法一，硬件可调电位器电路需要人工进行调试，效率较低，人为因素较多，通用性差，不利于大规模的生产制造；对于方法二，调整较为准确和方便，但需要MCU作为处理器，增加了硬件的成本和开销，并且PA内置的软件代码不利于代码改变时的升级维护操作；所以在不使用PA内置MCU以减少硬件开销，并且能够采用数字测量和调节的方法是一种相对低廉和高效的方法，但是目前这样的装置和测量方案尚未出现。

发明内容

本发明针对基站RRU中功率放大器静态工作点测量提出了一种新的技术方案，用来解决测量效率和成本节省方面的矛盾，使得功率放大器静态工作点测量工作能在低成本和高效率之间得以平衡。

本发明的技术方案提供一种用于移动通信的功率放大器静态工作点测量方法，设置调测试计算机、直流稳压源、电流检测监控工装和被测PA模块，

所述被测PA模块采用无MCU架构，和电流检测监控工装建立通信；

所述调测试计算机连接电流检测监控工装，用于运行静态工作点测量调测试流程；

所述直流稳压源连接电流检测监控工装，用于给电流检测监控工装和被测PA模块提供直流电源；

所述电流检测监控工装，用于执行调测试计算机运行静态工作点测量调测试流程下达的命令和设置，对被测PA模块内部器件行控制调节，获取被测PA模块实时的信息；

调测试计算机运行的静态工作点测量调测试流程包括对被测PA模块的每个通道执行如下操作，

设n为一个通道的功放管数量，依次测量每路功放管的理想静态工作点的栅压值和温度值，分别记为V1,V2,…,Vn和T1,T2,…,Tn；对测试所得静态工作点的温度值取平均T=(T1+T2+…+Tn)/n，获得一组功放理想静态工作点数据（T,V1,V2,..Vn），保存静态工作点数据；

其中，测量某路功放管的理想静态工作点的栅压值和温度值实现方式如下，

被测PA模块加电后，通过电流检测监控工装将被测PA模块当前通道的各路栅压全部设置为0，测量此时系统的耗损电流作为功放的零点基准电流；

打开这一路栅压，并保持其它路栅压为0，以预设步进调整此路栅压，并查询此时的系统电流值，计算系统电流值减去零点基准电流的结果，直到结果满足此路功放管预定理想工作电流的阈值范围，读取并记录此时的功放管栅压值和温度值，然后再将此路栅压设置为0。

而且，若被测PA模块采用Doherty架构，有且仅有1个功放管工作于C类状态，该功放管的栅压设定为一固定经验值，并记录栅压设置为固定经验值时的温度值。

本发明还提供一种用于移动通信的功率放大器静态工作点测量系统，用于实现上述功率放大器静态工作点测量方法。

而且，包括调测试计算机、直流稳压源、电流检测监控工装和被测PA模块，

所述被测PA模块采用无MCU架构，和电流检测监控工装建立通信；

所述调测试计算机连接电流检测监控工装，用于运行静态工作点测量调测试流程；

所述直流稳压源连接电流检测监控工装，用于给电流检测监控工装和被测试PA模块被测PA模块提供直流电源；

所述电流检测监控工装，用于执行调测试计算机运行静态工作点测量调测试流程下达的命令和设置，对被测PA模块内部器件行控制调节，获取被测PA模块实时的信息。

而且，所述电流检测监控工装中设置MCU、电流检测模块、传感电阻、串行通信接口电平转换芯片和对外接口，MCU分别连接电流检测模块、串行通信接口电平转换芯片和对外接口；

直流稳压源经电流检测模块向PA供电；

电流检测模块与传感电阻相连接，用于对通过电流检测模块的电流进行检测和监控；

串行通信接口电平转换芯片，用于将电流检测监控工装内的通信电平进行转换以匹配调测试计算机的串行通信电平，

对外接口包括连接调测试计算机的通信接口和连接被测PA模块的通信接口。

上述技术方案通过采用外置电流检测监控工装连接被测PA模块，结合少量软件编程的方案，实现了快速准确测量PA静态工作点，大大提高了功放静态工作点测量的效率；外置的电流检测监控工装可以重复使用，节省了PA内置MCU的硬件成本，并且不局限PA模块的通道数量和某通道内LDMOS功放管的数量，具有良好的可扩展性，易于大规模的生产制造测量使用，具有重要的市场价值。

具体来说本发明具有如下优点：

1、实现简单方便，只需要较少的处理资源就能完成，且采用外置工装测量PA模块静态工作点的方法可以使工装重复使用，节省了成本，软件可编程的方法提高了测试维护的简便性，大大提高了测试效率；

2、PA模块内部采用无MCU的方案，大大节省了功放模块的硬件成本。

3、测试结果的固化，使得PA模块本身与模块的控制监控部分分离开来，根据固化在PA内部的测试数据，可以很灵活的将模块应用在不同的RRU整机系统中。

附图说明

图1是本发明实施例的功率放大器静态工作点测量系统整体框图。

图2是本发明实施例的功率放大器静态工作点测量方法流程图。

具体实施方式

本发明提出了一种测量功率放大器静态工作点的技术方案，通过使用外接电流检测监控工装测量的方法，能在PA内部采用无MCU节省硬件成本的基础上，快速有效的对功放静态点进行测量和记录。

以下结合附图和实施例详细说明本发明的技术方案。

如图1，本发明实施例提供的系统包括运行测量软件的调测试计算机，直流稳压源，电流检测监控工装和被测PA模块。

被测PA模块内部采用无MCU架构方案，被测PA模块内置的DAC、温度传感器和EEPROM存储器等数字器件经相应通信接口，通过SPI（一种串行通信总线）和IIC（2线制串行总线）总线与外部控制单元（电流检测监控工装）通信。被测PA模块可以通过外部控制单元进行控制和状态监控，如调整功放内部栅压，获取功放工作温度，读取功放内部存储数据等。

调测试计算机，用于运行静态工作点测量调测试流程，通过串口连接电流检测监控工装；具体实施时，静态工作点测量调测试流程可采用软件方式安装在调测试计算机中(可称为PA静态工作点测量软件)，实现自动运行。

直流稳压源用于给电流检测监控工装和被测PA模块提供稳定的直流电源，具体实施时，电流检测监控工装中可设置电流检测模块，直流稳压源经电流检测模块向PA供电；

由于采用外置电流检测监控工装作为测量平台的基础，电流检测监控工装要具备电流检测，通信等功能和接口。本发明提供的电流检测监控工装由MCU、电流检测模块、精密传感电阻、串行通信接口电平转换芯片和对外接口（包括连接测试PC的通信串口、连接PA模块的SPI和IIC通信接口）等组成，其中，MCU作为电流检测监控工装的中枢，需连接电流检测模块，串行通信接口电平转换芯片和对外接口，负责实现相关的监控和通信功能。在电流监测监控工装中，电流检测模块与精密传感电阻相连接，负责对通过模块的电流大小进行检测和监控；串行通信接口电平转换芯片负责将工装内的通信电平进行转换以匹配调测试计算机的串行通信电平，SPI和IIC通信接口由电流检测监控工装内的MCU提供。 电流检测监控工装处于调测试计算机运行的PA静态工作点调测软件和被测PA模块之间，用于执行调测试软件下达的命令和设置，执行与PA模块的通信，对PA模块内部器件DAC，温度传感器，EEPROM存储器进行控制和调节，调整DAC输出电压，获取被测PA模块实时温度，存储测试结果等，并实时检测被测量PA模块的耗电电流。

运行于调测试计算机的静态工作点测量软件通过串口与电流监测监控工装进行信息交互，电流监测监控工装通过SPI和IIC总线操作功放内部DAC，温感等数字器件，协同完成功率放大器静态工作点的测量工作。

实施例中系统的基于调测试计算机执行的静态工作点测量工作流程，对每个通道执行的处理实现方式如下：

被测PA模块加电后，通过电流检测监控工装将PA模块当前通道的各路栅压全部设置为0， 测量此时系统的耗损电流I0作为功放的零点基准电流；

打开其中一路栅压，设其为功放1，并保持其它路栅压为0，以适当步进调整此路栅压，并查询此时的系统电流值I1，直到I1-I0满足此路LDMOS功放管预定理想工作电流IQ的阈值范围，读取并记录此时的LDMOS功放管栅压V1，温度值T1，然后再将此路栅压设置为0；具体实施时，本领域技术人员可自行预设步进取值方式，例如，对某一功放管栅压进行调整时，可在测量起始阶段，采用大步进，每个步进20毫伏的间隔进行栅压调整，将预定的理想工作电流调整到阈值附近后，再采用小步进，每个步进2毫伏的间隔进行栅压微调，采用自行预设步进取值的方式可使栅压调整工作更有效率，节省调测试时间；

同理调整功放2栅压使得静态工作电流到合适阈值，记录功放2静态工作点栅压V2和温度T2，然后再将此路栅压设置为0；

…可依次将其余每路的理想静态工作点栅压值和温度值测试出来，得出V1,V2,…,Vn；T1,T2,…,Tn；其中，n为一个通道的功放管数量。在基站类Doherty架构功率放大器中，n的取值一般在2到5之间。

特殊地，如果被测PA模块采用Doherty架构，有且仅有1个功放工作于特殊的C类状态，并不消耗电流，故该功放的栅压可以设定为一固定经验值，并记录其栅压设置为固定经验值时的温度。

一个通道测试完成后，根据通道的功放管数量n，对其测试出的静态工作点温度值取平均T=(T1+T2+…+Tn)/n，由此获得一组功放理想静态工作点数据（T,V1,V2,..Vn），将此静态工作点数据保存在被测PA模块内置的EEPROM存储器内。

按照以上方法获得其余通道的静态工作点数据值，并保存,测量结束。

参见图2，以下以测量TD-LTE 2通道 55W PA模块（Doherty架构，每通道3个LDMOS场效应放大管）静态工作点为例进行说明，具体包括如下步骤：

步骤1，将电源线依次连接直流稳压源，电流检测监控调测工装和被测PA模块；即使用直流稳压电源对电流检测监控工装供电，并将电流检测工装的电源输出连接被测PA模块；

步骤2，串口通信线连接测试PC与电流检测监控工装，SPI和IIC通信排线连接被测PA模块和电流检测监控工装；

步骤3，系统上电，打开通道1开关，关闭通道2开关，将功放通道1 栅压全部设置为零，通过电流检测监控工装读取此时的电流读数作为PA模块的0点基准初始电流I10，逐步调整通道1功放管1的栅压，同时读取通过通道1功放管1的电流值I11，使I12=I11-I10达到预设的静态工作点电流IQ1阈值范围，静态工作点电流阈值可由功放管数据手册获取；记录此时的栅压V11和温度T11，完成后将功放管1的栅压置0；

步骤4，逐步调整通道1功放管2的栅压，同时读取通过通道2功放管1的电流值I13，使I14=I13-I10达到预设的静态工作点电流IQ2阈值，记录此时的栅压V12和温度T12，完成后将功放管2的栅压置0；

步骤5，由于被测PA模块采用Doherty架构，有且仅有1个功放3工作于特殊的C类状态，并不消耗电流，故功放3的栅压会设定为一固定经验值，并记录其栅压设置为固定经验值时的温度：实施例中，通道1功放管3在Doherty架构功放工作在C类，静态工作时不消耗电流，栅压设置为一经验恒定值V13，并记录此时温度T13；

步骤6，对通道1功放管1，2和3的静态工作点温度求平均，得到功放模块通道1的静态工作点温度T14=（T11+T12+T13）/3；

步骤7，由 T14,V11,V12,V13获得一组静态工作点数据，保存此组数据到功放内部的EEPROM；

步骤8，关闭通道1，以步骤3到7同样的方式对PA模块通道2进行测量，得到一组通道2的静态工作点数据（T24,V21,V22,V23）；保存通道2数据到EEPROM，则此功放的静态工作点设定工作完成。

即对PA模块通道2进行测量实现如下：

打开通道2开关，关闭通道1开关，将功放通道1 栅压全部设置为零，通过电流检测监控工装读取此时的电流读数作为PA模块的0点基准初始电流I20，逐步调整通道2功放管1的栅压，同时读取通过通道2功放管1的电流值I21，使I22=I21-I20达到预设的静态工作点电流IQ2阈值范围，静态工作点电流阈值可由功放管数据手册获取；记录此时的栅压V21和温度T21，完成后将功放管1的栅压置0；

逐步调整通道2功放管2的栅压，同时读取通过通道2功放管1的电流值I13，使I24=I23-I20达到预设的静态工作点电流IQ2阈值，记录此时的栅压V22和温度T22，完成后将功放管2的栅压置0；

通道2功放管3在Doherty架构功放工作在C类，静态工作时不消耗电流，栅压设置为一经验恒定值V23，并记录此时温度T23；

对通道2功放管1，2和3的静态工作点温度求平均，得到功放模块通道2的静态工作点温度T24=（T21+T22+T23）/3；

由 T24,V21,V22,V23获得一组静态工作点数据，即通道2数据。

通过以上方案，本发明构建了一个操作简单，低成本，易于实现的功率放大器静态工作点测量装置平台，节省了PA内置的MCU，具体实施时功率放大器静态工作点的测量工作可在运行于PC的调测软件控制下自动化完成， 测量方案便于扩展推广到其它类似功率放大器项目，提高了测试的通用性和效率，非常适合应用在功率放大器大规模生产制造测量的场合。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未违背本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于移动通信的功率放大器静态工作点测量方法，其特征在于：设置调测试计算机、直流稳压源、电流检测监控工装和被测PA模块，

所述被测PA模块采用无MCU架构，和电流检测监控工装建立通信；

所述调测试计算机连接电流检测监控工装，用于运行静态工作点测量调测试流程；

所述直流稳压源连接电流检测监控工装，用于给电流检测监控工装和被测PA模块提供直流电源；

所述电流检测监控工装，用于执行调测试计算机运行静态工作点测量调测试流程下达的命令和设置，对被测PA模块内部器件行控制调节，获取被测PA模块实时的信息；

调测试计算机运行的静态工作点测量调测试流程包括对被测PA模块的每个通道执行如下操作，

设n为一个通道的功放管数量，依次测量每路功放管的理想静态工作点的栅压值和温度值，分别记为V1,V2,…,Vn和T1,T2,…,Tn；对测试所得静态工作点的温度值取平均T=(T1+T2+…+Tn)/n，获得一组功放理想静态工作点数据（T,V1,V2,..Vn），保存静态工作点数据；

其中，测量某路功放管的理想静态工作点的栅压值和温度值实现方式如下，

被测PA模块加电后，通过电流检测监控工装将被测PA模块当前通道的各路栅压全部设置为0，测量此时系统的耗损电流作为功放的零点基准电流；

打开这一路栅压，并保持其它路栅压为0，以预设步进调整此路栅压，并查询此时的系统电流值，计算系统电流值减去零点基准电流的结果，直到结果满足此路功放管预定理想工作电流的阈值范围，读取并记录此时的功放管栅压值和温度值，然后再将此路栅压设置为0。

2.根据权利要求1所述用于移动通信的功率放大器静态工作点测量方法，其特征在于：若被测PA模块采用Doherty架构，有且仅有1个功放管工作于C类状态，该功放管的栅压设定为一固定经验值，并记录栅压设置为固定经验值时的温度值。

3.一种用于移动通信的功率放大器静态工作点测量系统，其特征在于：用于实现如权利要求1至2所述的功率放大器静态工作点测量方法。

4.根据权利要求3所述用于移动通信的功率放大器静态工作点测量系统，其特征在于：包括调测试计算机、直流稳压源、电流检测监控工装和被测PA模块，

所述被测PA模块采用无MCU架构，和电流检测监控工装建立通信；

所述调测试计算机连接电流检测监控工装，用于运行静态工作点测量调测试流程；

所述直流稳压源连接电流检测监控工装，用于给电流检测监控工装和被测PA模块提供直流电源；

所述电流检测监控工装，用于执行调测试计算机运行静态工作点测量调测试流程下达的命令和设置，对被测PA模块内部器件行控制调节，获取被测PA模块实时的信息。

5.根据权利要求4所述用于移动通信的功率放大器静态工作点测量系统，其特征在于：所述电流检测监控工装中设置MCU、电流检测模块、传感电阻、串行通信接口电平转换芯片和对外接口，MCU分别连接电流检测模块、串行通信接口电平转换芯片和对外接口；

直流稳压源经电流检测模块向PA供电；

电流检测模块与传感电阻相连接，用于对通过电流检测模块的电流进行检测和监控；

串行通信接口电平转换芯片，用于将电流检测监控工装内的通信电平进行转换以匹配调测试计算机的串行通信电平，

对外接口包括连接调测试计算机的通信接口和连接被测PA模块的通信接口。