DC-DC電源驅(qū)動(dòng)PA提高WCDMA手機(jī)發(fā)送效率
來(lái)源：維庫(kù)電子
隨著第三代移動(dòng)通信(3G)時(shí)代的臨近，手機(jī)設(shè)計(jì)師們正忙于開(kāi)發(fā)新的方案，以解決高速數(shù)據(jù)傳輸所帶來(lái)的一系列新問(wèn)題。其中，最主要的問(wèn)題集中在軟件、屏幕技術(shù)、數(shù)據(jù)處理帶寬以及電池壽命等方面。在第二代(2G)只有話音和低速數(shù)據(jù)功能的手機(jī)中，問(wèn)題還不是如此嚴(yán)峻，允許采用一些簡(jiǎn)單和廉價(jià)的方案進(jìn)行折衷。例如，典型的2G手機(jī)中用于發(fā)送信號(hào)的功率放大器(PA)是由電池直接驅(qū)動(dòng)的，雖然簡(jiǎn)單但效率不是最優(yōu)的。在3G手機(jī)中，高速數(shù)據(jù)傳送要求更高的帶寬和發(fā)送功率，因此，為保持足夠長(zhǎng)的電池工作時(shí)間，就必須采用更高效率的方案�，F(xiàn)在，有一種方案正在逐漸受到蜂窩電話制造商們廣泛的喜愛(ài)，那就是采用一種高度專(zhuān)門(mén)化設(shè)計(jì)的降壓型DC-DC開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器來(lái)驅(qū)動(dòng)PA。
開(kāi)關(guān)型調(diào)節(jié)器改善發(fā)送效率的基本原理是，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)功放的供電電壓，使其剛好能夠滿足功放中射頻信號(hào)的幅度要求(見(jiàn)圖1)。采用開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器高效率地實(shí)現(xiàn)這種調(diào)節(jié)，在峰值發(fā)送功率以外的任何工作條件下，都可大幅度地節(jié)省電池功率。因?yàn)榉逯倒β手挥性谑謾C(jī)遠(yuǎn)離基站和數(shù)據(jù)傳送時(shí)需要，總體來(lái)講，這種方案的省電效果是非常顯著的。如果功放的供電電壓能夠在一個(gè)足夠?qū)挼姆秶鷥?nèi)高效率地動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，就有可能采用固定增益的線性功放，省掉偏置控制(已廣泛應(yīng)用于目前的2G電話)。當(dāng)然，仍然可以利用偏置控制來(lái)進(jìn)一步增加控制能力，許多蜂窩電話制造商正在積極跟蹤這種方案；然而，在W-CDMA技術(shù)領(lǐng)域占主導(dǎo)地位的一家公司堅(jiān)持認(rèn)為不需要偏置控制。
圖1.通過(guò)對(duì)功放電源的高效調(diào)節(jié)，極大地降低了能量的消耗，延長(zhǎng)了手機(jī)電池的使用時(shí)間。
另外一個(gè)需要重點(diǎn)考慮并關(guān)系到系統(tǒng)性能的問(wèn)題是，對(duì)于這種特殊用途的降壓型開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器，有一些什么樣的特殊性能要求。為了便于理解，首先應(yīng)該研究一下功放的負(fù)載特性。圖2由一個(gè)主要的蜂窩電話制造商提供，表示一個(gè)雙極工藝的固定增益W-CDMA功率放大器的負(fù)載曲線。在峰值發(fā)送功率時(shí)，功放需要3.4V的供電電壓，并消耗掉300mA到600mA的電流。在最低發(fā)送功率時(shí)，也就是當(dāng)靠近基站并且只發(fā)送話音時(shí)，功放僅吸取30mA的電流，電源電壓為0.4V到1V。對(duì)應(yīng)的功放消耗功率分別為2040mW (最大值)和12mW (最小值)。
圖2. 固定增益的雙極型W-CDMA功率放大器的典型負(fù)載曲線中有一個(gè)明顯的阻性成分。電源電壓和電流會(huì)從最低的0.4V/30mA (12mW)變化到最高的3.4V/600mA (2040mW)，話音的發(fā)送一般在1.5V/150mA (225mW)下進(jìn)行，高速數(shù)據(jù)的發(fā)送一般在2.5V/400mA (1000mW)下進(jìn)行。
