中心議題：
- 藍牙功放功率控制電路原理分析
- 藍牙功放的軟啟動(dòng)電路設計
解決方案：
- 浪涌電流斜率的控制
- 浪涌電流峰值的控制
藍牙是一個(gè)開(kāi)放性的、短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)標準。其功率放大器是藍牙無(wú)線(xiàn)發(fā)射機中功耗最大的模塊，為了降低藍牙系統功耗，延長(cháng)電池壽命，要求它實(shí)現2～8 dBm的輸出功率步進(jìn)。當前商用功放主流的功率控制電路主要有兩類(lèi)，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?？紤]到集成度、成本等因素，文獻沒(méi)有對輸出功率檢測，而是通過(guò)預測輸出功率等級所對應的電源電壓大小，再通過(guò)采用穩壓器的結構，控制電源電壓間接實(shí)現功率控制的。
電路剛啟動(dòng)時(shí)，如果穩壓器啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生較大的電容或VMP管導通時(shí)有較小的電阻，浪涌電流就會(huì )很大，有時(shí)會(huì )接近穩壓器的電流限值，因此必須加以限制。
1 藍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(lái)控制調整管(VMP)的導通狀態(tài)，實(shí)現負反饋，從而得到穩定的輸出Vcon。電路剛啟動(dòng)時(shí)，反饋電壓VFB很低，如果穩壓器啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生較大的電容(或者負載電容很大)或VMP管導通時(shí)有較小的電阻，浪涌電流(即流過(guò)VMP管的瞬間電流)就會(huì )很大，有時(shí)會(huì )接近穩壓器的電流限值。因此，必須在誤差放大器中設計軟啟動(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)路結構框圖
閉環(huán)控制系統的主體電路如圖2所示，VM1～VM8組成折疊式的誤差放大器，VM9～VM10組成單級的電流鏡作為負載，這樣做的好處就是采用10 pF左右的補償電容就可以使系統達到穩定。VM5～VM14和VQ組成級間緩沖級。R1和R2組成反饋網(wǎng)絡(luò )，其中
由于N2節點(diǎn)(VMP管柵極)的輸出阻抗很小，因此在導通的瞬間N2節點(diǎn)的寄生電容在很短的時(shí)間內完成放電，N2節點(diǎn)的電壓由高變?yōu)榈?。這樣會(huì )導致有一個(gè)很大的浪涌電流流過(guò)PMOS調整管，高達1．45 A，該電流對系統的性能影響很大，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，導致系統不能正常工作，同時(shí)也會(huì )增加系統噪聲，因此有必要加以限制。
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2 軟啟動(dòng)電路設計
由上面分析可知，由于N2節點(diǎn)電壓迅速變化，導致大的浪涌電流流過(guò)P功率管(VMP管)。因此只需要控制N2節點(diǎn)電壓的變化就可以實(shí)現電流的控制，控制該浪涌電流變化無(wú)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構成差分對，VM16和VM17，VM18，VM19，VM20，VM28和R2構成負反饋環(huán)路，因此B節點(diǎn)電壓會(huì )隨著(zhù)C節點(diǎn)電壓上升而上升，最終B、C節點(diǎn)的電壓值將相等。
當VM25截止，VM24導通，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Vm25導通，Vm24截止，即控制端Vcontrol的輸入電壓為低電平時(shí)，電流源I3將對電容充電。此時(shí)C節點(diǎn)的電壓Vc=I3t／C，假設流過(guò)VMP1管的電流為I，那么B節點(diǎn)的電壓為VB=IR2，又因為VC=VB，所以，I=I3×t／R2C。功率管VMP管與VMP1管構成電流鏡，因此間接實(shí)現了對浪涌電流的線(xiàn)性控制。
2．2 浪涌電流峰值的控制
因為VA=IR2+VGS(M28)，當VA的電壓大于VM18的閾值電壓與VGS(M26)之和，VM18將導通；注意到VM16，VM17，VM18，VMP1組成負反饋環(huán)路，因此最終環(huán)路達到穩定，電流I將被控制在一定值，同樣間接實(shí)現了對電流峰值電流的控制，最大值由R2、VM28、VM26、VM18確定。
3 仿真結果與討論
圖4為系統剛啟動(dòng)時(shí)，流過(guò)功率管VMP管的電流，圖4(a)為沒(méi)有加軟啟動(dòng)電路時(shí)，流過(guò)P功率管的瞬態(tài)電流，其峰值電流高達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(guò)這會(huì )增加系統的響應時(shí)間。因此可以根據應用系統的其他要求確定浪涌電流的斜率和峰值。
4 結論
針對藍牙功率放大器的功率控制電路在啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流現象，分別從浪涌電流的峰值和上升的斜率兩方面著(zhù)手，設計出了一個(gè)新穎的浪涌電流控制電路，具有結構簡(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)現了對浪涌電流的控制，成功實(shí)現了軟啟動(dòng)。
