侵权投诉
订阅
纠错
加入自媒体

DC-DC电源驱动PA提高WCDMA手机发送效率

2011-01-14 14:06
林契于宸
关注

  随着第三代移动通信(3G)时代的临近,手机设计师们正忙于开发新的方案,以解决高速数据传输所带来的一系列新问题。其中,最主要的问题集中在软件、屏幕技术、数据处理带宽以及电池寿命等方面。在第二代(2G)只有话音和低速数据功能的手机中,问题还不是如此严峻,允许采用一些简单和廉价的方案进行折衷。例如,典型的2G手机中用于发送信号的功率放大器(PA)是由电池直接驱动的,虽然简单但效率不是最优的。

  在3G手机中,高速数据传送要求更高的带宽和发送功率,因此,为保持足够长的电池工作时间,就必须采用更高效率的方案。现在,有一种方案正在逐渐受到蜂窝电话制造商们广泛的喜爱,那就是采用一种高度专门化设计的降压型DC-DC开关调节器来驱动PA。

  开关型调节器改善发送效率的基本原理是,通过动态调节功放的供电电压,使其刚好能够满足功放中射频信号的幅度要求(见图1)。采用开关调节器高效率地实现这种调节,在峰值发送功率以外的任何工作条件下,都可大幅度地节省电池功率。因为峰值功率只有在手机远离基站和数据传送时需要,总体来讲,这种方案的省电效果是非常显著的。

  如果功放的供电电压能够在一个足够宽的范围内高效率地动态调节,就有可能采用固定增益的线性功放,省掉偏置控制(已广泛应用于目前的2G电话)。当然,仍然可以利用偏置控制来进一步增加控制能力,许多蜂窝电话制造商正在积极跟踪这种方案;然而,在W-CDMA技术领域占主导地位的一家公司坚持认为不需要偏置控制。

  图1.通过对功放电源的高效调节,极大地降低了能量的消耗,延长了手机电池的使用时间。

  

  另外一个需要重点考虑并关系到系统性能的问题是,对于这种特殊用途的降压型开关调节器,有一些什么样的特殊性能要求。为了便于理解,首先应该研究一下功放的负载特性。图2由一个主要的蜂窝电话制造商提供,表示一个双极工艺的固定增益W-CDMA功率放大器的负载曲线。在峰值发送功率时,功放需要3.4V的供电电压,并消耗掉300mA到600mA的电流。在最低发送功率时,也就是当靠近基站并且只发送话音时,功放仅吸取30mA的电流,电源电压为0.4V到1V。对应的功放消耗功率分别为2040mW (最大值)和12mW (最小值)。

  图2. 固定增益的双极型W-CDMA功率放大器的典型负载曲线中有一个明显的阻性成分。电源电压和电流会从最低的0.4V/30mA (12mW)变化到最高的3.4V/600mA (2040mW),话音的发送一般在1.5V/150mA (225mW)下进行,高速数据的发送一般在2.5V/400mA (1000mW)下进行。

  

  针对作为负载的这种功放对开关调节器进行优化并非易事。Maxim的MAX1820 W-CDMA蜂窝电话降压型调节器能够满足这种要求。下面列出使MAX1820区别于其它类型的开关调节器的特殊性能:

  在很宽的负载范围内具有高效率—没有高效率,采用开关型调节器就失去了意义,因此,高效率和省电是MAX1820的主导设计思想(见图3)。传送数据时(约500mW至2040mW),MAX1820内部的低导通电阻(0.15Ω) PFET功率开关可以提供高达93%的效率。传送话音时(约12mW至500mW),MAX1820内部的0.2Ω NFET同步整流器和3.3mA的低工作电流(强制PWM模式)使转换效率达到85%。85%的效率听起来不算太高,但对于一个工作在1MHz恒定开关频率和很轻负载的转换器来讲确非易事,正如图3所示,转换器具有极低的功率损耗。这要归功于优秀的设计和亚微米工艺的采用,这种工艺能够在给定的FET导通电阻下获得更低的栅极电容。

1  2  下一页>  
声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

发表评论

0条评论,0人参与

请输入评论内容...

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码:

粤公网安备 44030502002758号