软启动电路设计及其在蓝牙功放中的应用
中心议题：
- 蓝牙功放功率控制电路原理分析
- 蓝牙功放的软启动电路设计
解决方案：
- 浪涌电流斜率的控制
- 浪涌电流峰值的控制
蓝牙是一个开放性的、短距离无线通信技术标准。其功率放大器是蓝牙无线发射机中功耗最大的模块，为了降低蓝牙系统功耗，延长电池寿命，要求它实现2～8 dBm的输出功率步进。当前商用功放主流的功率控制电路主要有两类，直接闭环控制型和间接闭环控制型。由于间接闭环控制方法具有集成度高，成本低的特点而被广泛采用。考虑到集成度、成本等因素，文献没有对输出功率检测，而是通过预测输出功率等级所对应的电源电压大小，再通过采用稳压器的结构，控制电源电压间接实现功率控制的。
电路刚启动时，如果稳压器启动时产生较大的电容或VMP管导通时有较小的电阻，浪涌电流就会很大，有时会接近稳压器的电流限值，因此必须加以限制。
1 蓝牙功放功率控制电路原理分析
间接闭环控制环路如图1所示，该控制环路包括一个误差放大器，反馈环路和调整管(VMP管)。工作原理是由误差放大器将输出反馈电压VFB与参考电压Vref进行比较，并放大其差值(Vref-VFB)以此来控制调整管(VMP)的导通状态，实现负反馈，从而得到稳定的输出Vcon。电路刚启动时，反馈电压VFB很低，如果稳压器启动时产生较大的电容(或者负载电容很大)或VMP管导通时有较小的电阻，浪涌电流(即流过VMP管的瞬间电流)就会很大，有时会接近稳压器的电流限值。因此，必须在误差放大器中设计软启动电路，以保证整个电路在上电后进入正常的直流偏置状态，不会产生浪涌电流。
图1 间接闭环控制环路结构框图
闭环控制系统的主体电路如图2所示，VM1～VM8组成折叠式的误差放大器，VM9～VM10组成单级的电流镜作为负载，这样做的好处就是采用10 pF左右的补偿电容就可以使系统达到稳定。VM5～VM14和VQ组成级间缓冲级。R1和R2组成反馈网络，其中
由于N2节点(VMP管栅极)的输出阻抗很小，因此在导通的瞬间N2节点的寄生电容在很短的时间内完成放电，N2节点的电压由高变为低。这样会导致有一个很大的浪涌电流流过PMOS调整管，高达1．45 A，该电流对系统的性能影响很大，例如，如果输入端会存在一个寄生电阻，因此瞬态电流会引起一个较大的压降差，导致系统不能正常工作，同时也会增加系统噪声，因此有必要加以限制。
2 软启动电路设计
由上面分析可知，由于N2节点电压迅速变化，导致大的浪涌电流流过P功率管(VMP管)。因此只需要控制N2节点电压的变化就可以实现电流的控制，控制该浪涌电流变化无非就是控制其变化的斜率和峰值。其具体的电路原理图包括两个部分，即浪涌电流的斜率控制部分和峰值控制部分。具体的实现电路如图3所示。
2．1 浪涌电流斜率的控制
晶体管VM22和VM23构成差分对，VM16和VM17，VM18，VM19，VM20，VM28和R2构成负反馈环路，因此B节点电压会随着C节点电压上升而上升，最终B、C节点的电压值将相等。
当VM25截止，VM24导通，即控制端Vcontrol的输入电压为高电平时，电容C1电压为0 V；当Vm25导通，Vm24截止，即控制端Vcontrol的输入电压为低电平时，电流源I3将对电容充电。此时C节点的电压Vc=I3t／C，假设流过VMP1管的电流为I，那么B节点的电压为VB=IR2，又因为VC=VB，所以，I=I3×t／R2C。功率管VMP管与VMP1管构成电流镜，因此间接实现了对浪涌电流的线性控制。
2．2 浪涌电流峰值的控制
因为VA=IR2+VGS(M28)，当VA的电压大于VM18的阈值电压与VGS(M26)之和，VM18将导通；注意到VM16，VM17，VM18，VMP1组成负反馈环路，因此最终环路达到稳定，电流I将被控制在一定值，同样间接实现了对电流峰值电流的控制，最大值由R2、VM28、VM26、VM18确定。
3 仿真结果与讨论
图4为系统刚启动时，流过功率管VMP管的电流，图4(a)为没有加软启动电路时，流过P功率管的瞬态电流，其峰值电流高达1．45 A。图4(b)表明软启动电路分别从斜率和峰值成功地控制了瞬态电流，其峰值仅为520 mA，上升的斜率几乎是一恒定值，不过这会增加系统的响应时间。因此可以根据应用系统的其他要求确定浪涌电流的斜率和峰值。
4 结论
针对蓝牙功率放大器的功率控制电路在启动时产生的浪涌电流现象，分别从浪涌电流的峰值和上升的斜率两方面着手，设计出了一个新颖的浪涌电流控制电路，具有结构简单等优点；同时分别分析了浪涌电流斜率和峰值的控制的原理，最终实现了对浪涌电流的控制，成功实现了软启动。
