El DAC de alta velocidad controla el perfil de rampa del amplificador de potencia

A medida que las arquitecturas de los teléfonos móviles han ido evolucionando, su consumo de energía y su coste han disminuido, mientras que su eficiencia y rendimiento han aumentado. Mientras tanto, las estaciones base inalámbricas que dan servicio a estos teléfonos han tenido dificultades para seguir el ritmo de estas mejoras. Más de la mitad del consumo de energía de una estación base moderna está asociado al amplificador de potencia, por lo que se están realizando esfuerzos a nivel de sistema para mejorar su eficiencia energética. Las arquitecturas de Acceso Múltiple por División de Tiempo (TDMA) que se encuentran en los sistemas GSM, EDGE y W-CDMA deben ser capaces de subir y bajar sus envolventes de potencia dentro de los límites prescritos de potencia vs. tiempo. Si el momento crítico de la rampa no se gestiona de forma óptima, puede perderse información en la ranura de transmisión, o pueden producirse interferencias por la transmisión durante la ranura de recepción.

Se puede utilizar un convertidor digital-analógico de salida de corriente de alta velocidad con un único amplificador operacional para generar un perfil de rampa PA que se ajuste a los requisitos de ganancia de RF para TDMA. La rampa se aplica a la clavija de control de tensión de un amplificador de ganancia variable (VGA) para controlar la ganancia de la señal de RF que entra en el PA, como se muestra en la figura 1. Especificando la información de offset, tiempo de subida, tiempo de bajada, perfil de amplitud y periodo, el DAC puede ajustar la curva de rampa deseada. Esta información del perfil puede almacenarse en la lógica de control del microprocesador.

Las formas de la rampa, que varían para cada esquema de modulación, dependen del PA utilizado. Los perfiles pueden variar desde simples formas de onda en rampa de coseno hasta formas de onda arbitrarias más complejas. La ventaja de utilizar un DAC de salida de corriente acoplado a un op-amp adecuado de alta velocidad es que puede reproducir con precisión tanto los perfiles de rampa "lentos" como los "rápidos". El requisito fundamental para un DAC en aplicaciones de control de rampa es un tiempo de asentamiento rápido. Muchos DAC de salida de tensión alcanzarán cómodamente la precisión especificada, pero los DAC de salida de corriente combinados con amplificadores operacionales de alta velocidad son siempre la mejor opción para tiempos de asentamiento inferiores a 100 ns. El DAC se estabilizará rápidamente siempre que se alimente de una fuente de banda ancha de baja impedancia, como una tensión de referencia. Por lo tanto, la velocidad de giro y el tiempo de estabilización de un DAC de salida de corriente están determinados principalmente por el amplificador operacional. Entre las especificaciones que determinarán el rendimiento en CA del amplificador óptico están su capacitancia de entrada (que debe mantenerse al mínimo) y el ancho de banda de la señal pequeña. Ten en cuenta que la resistencia de realimentación del DAC, del orden de 10 kΩ, es una carga importante que debe manejar el amplificador óptico, y define el polo dominante para determinar el ancho de banda del circuito.

Esto nos lleva a otra ventaja de elegir una combinación de op-amp y DAC de salida de corriente para generar tensiones de control de rampa: el op-amp se puede personalizar para que se adapte mejor a las necesidades de diseño del circuito, donde se pueden tener en cuenta el ruido, el tiempo de asentamiento y los requisitos de potencia. Con el op-amp interno que se encuentra en los DAC de salida de tensión, es posible cambiar la precisión por el ancho de banda, pero con un op-amp externo, es posible encontrar la solución óptima para la aplicación. El ancho de banda de un amplificador operacional suele tener una relación inversa con su precisión en CC. Dos especificaciones que contribuyen a la precisión del DAC son la corriente de polarización de entrada y la tensión de offset de entrada. Por lo tanto, es importante elegir un amplificador óptico con un ancho de banda suficiente para conseguir el rendimiento de rampa deseado, manteniendo una buena precisión de corriente continua. La selección de un amplificador óptico con un ancho de banda excesivo suele provocar una degradación del rendimiento en corriente continua.

Un componente importante a tener en cuenta para conseguir el tiempo de estabilización deseado es el condensador de compensación. La capacitancia de salida del DAC introduce un polo en la respuesta de bucle abierto que puede causar anillos o inestabilidad en el circuito de perfilado de rampa de bucle cerrado. Para compensar esto, se conecta un condensador de realimentación externo, CF, en paralelo con la resistencia de realimentación interna del DAC. Un valor demasiado pequeño puede producir zumbidos en la salida, mientras que un valor demasiado grande puede aumentar el tiempo de asentamiento. La capacitancia de salida del DAC varía según el código, por lo que no es posible establecer un valor preciso para CF.

La familia de DACs AD5450/AD5451/AD5452/AD5453 ofrece soluciones precisas de salida de corriente de 8-/10-/12-/14 bits para esta aplicación. La figura 1 muestra un DAC AD5453 configurado para una salida de un solo extremo, acoplado a un búfer de alta velocidad personalizado para adaptarse mejor al rendimiento del sistema. Con un tiempo de estabilización de unos 100 ns y un ancho de banda de multiplicación de 12 MHz, la pieza es ideal para aplicaciones de generación de formas de onda. La figura 2 muestra un ejemplo de perfil de rampa genérico. Los gráficos ampliados muestran que el DAC se estabiliza antes de que se escriba el siguiente patrón de datos en la interfaz SPI.