中心議題：
- 藍(lán)牙功放功率控制電路原理分析
- 藍(lán)牙功放的軟啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)
解決方案：
- 浪涌電流斜率的控制
- 浪涌電流峰值的控制
藍(lán)牙是一個(gè)開放性的、短距離無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。其功率放大器是藍(lán)牙無線發(fā)射機(jī)中功耗最大的模塊，為了降低藍(lán)牙系統(tǒng)功耗，延長(zhǎng)電池壽命，要求它實(shí)現(xiàn)2～8 dBm的輸出功率步進(jìn)。當(dāng)前商用功放主流的功率控制電路主要有兩類，直接閉環(huán)控制型和間接閉環(huán)控制型。由于間接閉環(huán)控制方法具有集成度高，成本低的特點(diǎn)而被廣泛采用。考慮到集成度、成本等因素，文獻(xiàn)沒有對(duì)輸出功率檢測(cè)，而是通過預(yù)測(cè)輸出功率等級(jí)所對(duì)應(yīng)的電源電壓大小，再通過采用穩(wěn)壓器的結(jié)構(gòu)，控制電源電壓間接實(shí)現(xiàn)功率控制的。
電路剛啟動(dòng)時(shí)，如果穩(wěn)壓器啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生較大的電容或VMP管導(dǎo)通時(shí)有較小的電阻，浪涌電流就會(huì)很大，有時(shí)會(huì)接近穩(wěn)壓器的電流限值，因此必須加以限制。
1 藍(lán)牙功放功率控制電路原理分析
間接閉環(huán)控制環(huán)路如圖1所示，該控制環(huán)路包括一個(gè)誤差放大器，反饋環(huán)路和調(diào)整管(VMP管)。工作原理是由誤差放大器將輸出反饋電壓VFB與參考電壓Vref進(jìn)行比較，并放大其差值(Vref-VFB)以此來控制調(diào)整管(VMP)的導(dǎo)通狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋，從而得到穩(wěn)定的輸出Vcon。電路剛啟動(dòng)時(shí)，反饋電壓VFB很低，如果穩(wěn)壓器啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生較大的電容(或者負(fù)載電容很大)或VMP管導(dǎo)通時(shí)有較小的電阻，浪涌電流(即流過VMP管的瞬間電流)就會(huì)很大，有時(shí)會(huì)接近穩(wěn)壓器的電流限值。因此，必須在誤差放大器中設(shè)計(jì)軟啟動(dòng)電路，以保證整個(gè)電路在上電后進(jìn)入正常的直流偏置狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生浪涌電流。
圖1 間接閉環(huán)控制環(huán)路結(jié)構(gòu)框圖
閉環(huán)控制系統(tǒng)的主體電路如圖2所示，VM1～VM8組成折疊式的誤差放大器，VM9～VM10組成單級(jí)的電流鏡作為負(fù)載，這樣做的好處就是采用10 pF左右的補(bǔ)償電容就可以使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定。VM5～VM14和VQ組成級(jí)間緩沖級(jí)。R1和R2組成反饋網(wǎng)絡(luò)，其中
由于N2節(jié)點(diǎn)(VMP管柵極)的輸出阻抗很小，因此在導(dǎo)通的瞬間N2節(jié)點(diǎn)的寄生電容在很短的時(shí)間內(nèi)完成放電，N2節(jié)點(diǎn)的電壓由高變?yōu)榈汀＿@樣會(huì)導(dǎo)致有一個(gè)很大的浪涌電流流過PMOS調(diào)整管，高達(dá)1．45 A，該電流對(duì)系統(tǒng)的性能影響很大，例如，如果輸入端會(huì)存在一個(gè)寄生電阻，因此瞬態(tài)電流會(huì)引起一個(gè)較大的壓降差，導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作，同時(shí)也會(huì)增加系統(tǒng)噪聲，因此有必要加以限制。
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2 軟啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)
由上面分析可知，由于N2節(jié)點(diǎn)電壓迅速變化，導(dǎo)致大的浪涌電流流過P功率管(VMP管)。因此只需要控制N2節(jié)點(diǎn)電壓的變化就可以實(shí)現(xiàn)電流的控制，控制該浪涌電流變化無非就是控制其變化的斜率和峰值。其具體的電路原理圖包括兩個(gè)部分，即浪涌電流的斜率控制部分和峰值控制部分。具體的實(shí)現(xiàn)電路如圖3所示。
2．1 浪涌電流斜率的控制
晶體管VM22和VM23構(gòu)成差分對(duì)，VM16和VM17，VM18，VM19，VM20，VM28和R2構(gòu)成負(fù)反饋環(huán)路，因此B節(jié)點(diǎn)電壓會(huì)隨著C節(jié)點(diǎn)電壓上升而上升，最終B、C節(jié)點(diǎn)的電壓值將相等。
當(dāng)VM25截止，VM24導(dǎo)通，即控制端Vcontrol的輸入電壓為高電平時(shí)，電容C1電壓為0 V；當(dāng)Vm25導(dǎo)通，Vm24截止，即控制端Vcontrol的輸入電壓為低電平時(shí)，電流源I3將對(duì)電容充電。此時(shí)C節(jié)點(diǎn)的電壓Vc=I3t／C，假設(shè)流過VMP1管的電流為I，那么B節(jié)點(diǎn)的電壓為VB=IR2，又因?yàn)閂C=VB，所以，I=I3×t／R2C。功率管VMP管與VMP1管構(gòu)成電流鏡，因此間接實(shí)現(xiàn)了對(duì)浪涌電流的線性控制。
2．2 浪涌電流峰值的控制
因?yàn)閂A=IR2+VGS(M28)，當(dāng)VA的電壓大于VM18的閾值電壓與VGS(M26)之和，VM18將導(dǎo)通；注意到VM16，VM17，VM18，VMP1組成負(fù)反饋環(huán)路，因此最終環(huán)路達(dá)到穩(wěn)定，電流I將被控制在一定值，同樣間接實(shí)現(xiàn)了對(duì)電流峰值電流的控制，最大值由R2、VM28、VM26、VM18確定。
3 仿真結(jié)果與討論
圖4為系統(tǒng)剛啟動(dòng)時(shí)，流過功率管VMP管的電流，圖4(a)為沒有加軟啟動(dòng)電路時(shí)，流過P功率管的瞬態(tài)電流，其峰值電流高達(dá)1．45 A。圖4(b)表明軟啟動(dòng)電路分別從斜率和峰值成功地控制了瞬態(tài)電流，其峰值僅為520 mA，上升的斜率幾乎是一恒定值，不過這會(huì)增加系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。因此可以根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的其他要求確定浪涌電流的斜率和峰值。
4 結(jié)論
針對(duì)藍(lán)牙功率放大器的功率控制電路在啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流現(xiàn)象，分別從浪涌電流的峰值和上升的斜率兩方面著手，設(shè)計(jì)出了一個(gè)新穎的浪涌電流控制電路，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)分別分析了浪涌電流斜率和峰值的控制的原理，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)浪涌電流的控制，成功實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)。
