為了保證系統的容量及互操作性，GSM系統規范對手機發射功率的精度、平坦度、發射頻譜純度以及帶外雜散信號進行了嚴格的規定，對手機射頻功率放大器功率控制環路的設計提出了很高的要求。本文介紹了功率反饋控制法和電流檢測反饋控制法，并對第一種方法給出了詳細的設計步驟。

GSM系統為時分多址（TDMA）系統，不同的用戶在時間軸上被分隔開，每個用戶在特定的一個時間間隔（時隙）內接收或發送信息。TDMA系統的該特性極大地提高了頻譜利用率，同時也對移動臺射頻前端的設計提出了極大的挑戰。GSM系統要求移動臺的發射機以突發方式工作，即只在規定的時隙內開機發送信息，而在其它時隙則處于關閉狀態。這種開關工作狀態會使發射頻譜內含有大量的雜散分量，嚴重影響其他用戶。為保證系統容量和互操作性，必須對移動臺發射機的指標提出要求，這在ETSI GSM 11.10系列規范中都有規定。

圖1 PVT 功率--時間模板

為了達到規范要求，移動臺發射機信號的上升沿和下降沿不能過于陡峭，而必須是一個緩升和緩降的過程，如圖1所示。圖中最上及最下兩條曲線稱為功率--時間模板，在測試時發射信號在每個時隙的功率--時間關系曲線不能超越這個模板，否則發射頻譜純度將不能滿足要求，或者會丟失發射信息。中間曲線為射頻功放的增益控制電壓，由系統控制單元給出，用以控制射頻輸出功率。這要求能對發射機中的射頻功率放大器實現精確的功率控制，同時，GSM移動臺發射機根據系統要求也要能工作于幾個功率等級上，這也要求精確的功率控制，為此必須采用反饋控制環路。實現功率控制的方法較多，比較常用的為輸出功率檢測反饋控制法，該方法直接檢測射頻輸出功率，通過反饋環路實現閉環功率控制。另外一種方法為電流檢測反饋控制法，它檢測末級功放管的電流，再通過反饋環路實現對輸出功率的控制。

輸出功率檢測反饋控制法

圖2 功率控制環路的數學模型

為便于分析，首先給出功率控制環路的數學模型，如圖2所示。

該反饋控制系統由五大部分組成：

1. 比較器：該部件負責比較由系統指令單元送出的控制信號SC與反饋信號SF之間的差別，并乘以增益Ks，給出誤差信號SE送到積分器，

2. 積分器：由以下的分析將會看出，加入積分器的目的是為了使輸出電壓Vo僅取決于SC和反饋增益KcKd，而與放大器增益Ka無關，從而改善環路控制特性。

3. 放大器：為射頻功率放大器，增益可隨外加控制電壓的變化而變化，增益為Ka。當外加控制電壓低于某一特定值Vthreshold時，放大器不導通，無輸出信號。

4. 耦合器：耦合器為一功率取樣部件，可將少量的射頻功率取出。增益為Kc=10［-CF/20］，其中CF稱為耦合系數。

5. 檢波器：檢波器負責將耦合器送來的射頻信號進行平均值檢波，得到對應的直流電壓SF作為反饋信號。檢波器的增益為Kd。

當控制環路閉合后，SC作為功率控制環路的一個輸入來設定輸出功率，Vo為功率放大器的輸出，耦合器將一部分射頻能量取出，經檢波器變為反饋信號SF，然后與SC經比較器處理得到誤差電壓SE，再經積分器得到功率放大器的控制電壓。這個過程可以表示為： Eq1 Eq2

Vo對時間的變化率可表示為：公式3

在穩態時dVo/dt=0，所以此時 Vo=SC/KdKc。這表明射頻輸出功率僅與控制電壓和反饋支路的增益有關，而與Ka無關，這就是帶有積分器的反饋控制環路的基本特性。

輸出功率檢測反饋控制電路設計

下面以圖3所示的實例來說明功率控制環路的詳細設計步驟。

在圖3中，D1、D2和R4組成雙肖特基二極管檢波電路，D1和D2配對使用可以補償溫度系數的影響，本例中檢波器的增益為0.45（-7dB），可承受的輸入信號范圍為-20dBm--+20dBm。

R5、C3及U1A組成比較器和積分器，負責比較檢波器的輸出和控制信號SC，得出誤差電壓SE并積分。