05 · Idq 静态电流校准

Idq 校准是在指定漏极电压、温度及 RF 静默条件下，建立静态工作点。它包含“电流测量是否可信”与“栅压调整是否受控”两个问题，不能只把 ADC 读数调到一个目标码。

本文讨论按目标静态漏极电流设定偏置的独立支路。Doherty 峰值支路可能按目标 VGS 或其他程序设定；零 Idq 不能唯一确定它的正确偏置。集成有源偏置器件也不能默认接受这里的外部搜索过程。

1. 模块作用

校准使工作点符合目标器件与方案要求，并保存达到该工作点的控制值及条件。不同器件即使型号相同，达到指定 Idq 的栅压也可能不同。Qorvo 对 RF GaN 的偏置教程明确包含栅压调整步骤，不将一个典型栅压当成所有样品的共同设定。Qorvo：偏置建立与调整

Idq 不是发射期间的平均供电电流。发射中把总电流持续闭环压回静态目标，会与正常 RF 输出所需电流冲突。在线偏置维护、温度补偿和静态校准需要分别设计，不共用未经限定的“恒流”循环。

2. 在 RRU 中的位置

校准流程位于 PA 启动状态机中：RF 静默 → 确认关断栅压 → 漏极建立并稳定 → 受限调整工作点 → 验证与存储 → RF 放行。关断与保护始终覆盖校准阶段。

电流采样必须对应被校准支路。如果读到公共母线电流、辅助电源电流或多个支路总和，应先改变观测边界，或者明确定义并验证可用的扣除方法；不能简单把总电流命名为某个器件的 Idq。

3. 典型电路结构

高侧 Rsense、差分取样、放大与 ADC 共同决定测量结果。Kelvin 取样避免把大电流走线压降直接叠加到采样电阻电压；TI 的电流检测布局说明讨论了相关寄生误差。TI：电流检测布局

当采样电阻位于大去耦电容上游时，启动和偏置调整期间读数含有充放电影响。必须在电源、工作点和滤波链稳定后判断静态电流。

4. 工作原理

4.1 从 ADC 电压回到电流

对于输出零点为 $V_0$、增益为 $A$ 的采样链：

$$I_D=\frac{V_{\mathrm{ADC}}-V_0}{A R_{\mathrm{sense}}}$$

实际转换还应应用已核实的 ADC 传输函数、参考电压和通道校准参数。若器件内部直接提供电流码，按其比例与状态位解释，不能再次套入不适用的外部增益。

4.2 校准测量链，再寻找工作点

在定义的零电流条件下测零点；再用可溯源的电流或等效差分输入核验量程增益。前者要确认确实没有负载电流，后者要说明是否绕过了采样电阻、布线和共模路径。

软件零点扣除无法修复放大器饱和、超出共模范围或通道映射错误。两点校准能减少某些静态误差，但不能自动覆盖温漂、非线性和瞬态响应。

4.3 受限调整不是无边界扫描

起点应是器件规定的关断状态，漏极已建立、RF 已确认关闭。逐步调整时维护允许 VGS、最大电流、温度、总时间和步数边界。

若使用二分或类似搜索，必须先确认码向与目标区间的单调关系，并建立包含目标的有效区间。每次更新后等待实际稳定，使用定义的采样窗判定；噪声较大时应避免反复追逐最后一位 ADC 码。

接近目标后，选择在测量误差与栅压步进共同约束下的可达工作点，保持控制值并重复测量。不能保证的精度应在验收条件中说明，而不是只提高循环次数。

5. 关键参数

5.1 分辨率不等于准确度

计算示例： 假设 Rsense = 10 mΩ，增益 20 V/V，ADC 为理想单极性 12 bit、量程 2.5 V，理想电流量化步长约为：

$$\Delta I=\frac{2.5}{4096\times20\times0.010} \approx3.05\ \mathrm{mA/LSB}$$

再假设目标 Idq = 0.5 A，使用下表中的独立假设值做保守误差分配：

简单绝对值相加约 11.1 mA。若目标要求误差不超过 ±10 mA，这组假设预算已经不满足，尚未计温漂和布局误差。实际要用选定器件的条件、误差相关性和校准残差重新建预算。

ADI AD7294 将 ADC、DAC、电流及温度监测集成为控制案例，说明采样与控制需要共同考虑。其资料用于理解功能，不代表本例采用该芯片，也不作为新设计选型推荐。ADI：AD7294 监控与控制系统

5.2 栅压最小步进也限制结果

若器件侧有效调节跨度为 6 V、理想 DAC 为 12 bit，则一步约 1.46 mV。假设工作点附近局部跨导为 0.4 A/V，电流步进约 0.586 mA。

这只是局部计算；缓冲误差、DAC 非线性和噪声以及器件斜率变化仍需计入。平均采样可能减少不相关随机噪声，不能自动消除确定性失调和增益误差。

6. 工程设计关注点

一致的条件： RF 静默状态、VDS、温度、等待时间、滤波窗口、支路编号和采样参考必须写入记录。不要把不同温度、不同漏压下的 Idq 直接比较。

保护优先： 电流越界、栅压异常、温度异常或通信失败时终止搜索并执行规定关断。快速保护不能依赖校准采样循环完成一轮后才处理。

存储与回读： 保存板卡与支路标识、器件配置、算法版本、VDS、温度、目标/实测 Idq、实际 VGS、DAC 码、测量链校准版本及数据完整性校验。写入成功后回读；参数与硬件或算法版本不兼容时拒绝直接使用。

重新加载也要验证： 上电加载历史码后，在许可条件下复核工作点。历史记录不保证器件更换、温度变化或供电变化后仍成立；是否重新校准由明确策略决定。

7. 调试方法

1. 用已知输入确认 ADC 通道、零点、增益和有效范围，区分真实零电流与模拟输入零点。
2. 不接 PA 时验证栅压码向、端点、步进和默认关断，确认电流越界处理路径。
3. 在器件要求的条件下接入目标支路，RF 静默并稳定 VDS、温度和采样读数。
4. 从关断状态开始受限调整，记录每步控制值、实际 VGS、电流、温度和稳定时间；观察是否单调及是否存在异常。
5. 达到容许区间后保持控制值并复测，保存数据、回读，再按规定关断和重启核验恢复。
6. 对不同温度与样品重复该过程，明确误差与重复性的适用范围；实际 RF 线性与效率另行验证。

最终交付的是可复现工作点和测量不确定性，不是一个孤立的 DAC 码。温度补偿使用这些条件作为输入，但不能将发射电流当作 Idq。