2G至3.5G蜂窩移動設備的高效RF功率管理

作者：時間：2012-07-18 來源：網絡

加入技術交流群
- 掃碼加入
  和技術大咖面對面交流
  海量資料庫查詢

表2: 在WCDMA信號調制下使用 FAN5904時，通話時間和數據使用時間方面的改善

表2顯示了圖2和圖3的結果，以及功率放大器只工作于高功率模式下相應的分鐘數。在HSUPA、CDMA200 1x EV-DO和 TD-SCDMA等不同信號調制模式下，電流消耗和通話時間都有類似的改善。這里把高功率模式工作的通話/數據使用時間一起顯示的原因是：新技術不僅得到了更多的分鐘數，從設計角度來看，亦簡化了校準工作。當功率放大器具有多種功率模式時，固件必需適應何時從一個等級切換到下一個等級，因為在整個輸出功率范圍內，每個功率放大器的每種功率模式都存在獨特的VPA-POUT 曲線。由于現在大多數手機都支持至少三個頻段，這意味著滿足要求的系統中可能有三種3G功率放大器，所以增加了復雜程度。在處于一種功率模式的功率放大器中使用FAN5904，可以消除模式切換帶來的復雜性，更快地進行功率放大器校準，因為需要的校準點較少。這樣就縮短了測試/校準的時間，并且降低了制造成本，同時簡化了設計過程。

圖 4. POUT = 28dBm時3G功率放大器的熱成像

一個時常被忽視,但經常遭到抱怨的參數是耗熱問題。在手持電話貼近頭部進行通話，使用手機網上沖浪或者玩在線網絡游戲時手機發熱，大多數用戶會因此而感到煩惱。問題的關鍵在于,設計人員在設計手機時必需將這一因素考慮在內。圖4所示為某3G功率放大器的熱成像，其中，(a)為使用FAN5904來供電;(b)為直接與電池連接;(c)為電池以4.2V電壓充電。使用FAN5904時，在滿輸出功率情況下，功率放大器的溫度幾乎不可能達到50?C，在(b)和(c)的情況下，溫度很容易達到50?C和65?C，使用一段時間后，手機會很快發熱。在數據卡應用中，尤其是3G USB調制解調器卡開始流行，熱耗散，或者說實現熱耗散最小化變得十分重要。USB卡不能像手機那樣有效地散熱，因為它的體積非常小。由于3G調制解調器主要用于數據，功率放大器在大部分時間運行于“發熱”狀態。減少這種熱量的最有效方式是使用諸如FAN5904的降壓轉換器。

FAN5904的一個關鍵特性是,支持3G功率放大器的6MHz開關頻率和支持GSM/EDGE功率放大器模塊的3MHz開關頻率，可以使用小體積的電感和電容。FAN5904使用1008規格(2.5mm x 2.0mm)的0.47?H電感，分別使用10?F 0603和2.2?F 0603電容作為輸入和輸出電容，實現占位面積很小的PCB解決方案，并且沒有影響降壓轉換器的效率。

另一個常常被遺忘的參數是瞬態響應時間。當需要在不同電壓之間進行跳變，以便為功率放大器提供合適的輸出功率時，對各種無線協議而言，瞬態響應時間變得尤為重要。FAN5904以6MHz的頻率進行切換時，具有非常短的10?s響應時間 (如圖5所示)，完全滿足時隙間隔為25?s的WCDMA規范和IOPC 6.4.2規范要求。

圖 5. FAN5904在WCDMA模式中電壓跳變的上升和下降時間

在輸出功率需要從低水平變到高水平，或者從啟動開始，瞬態響應時間為10?s。對于降壓穩壓器而言，關鍵是使功率放大器滿足這些規范要求，避免出現通話中斷或者通話語音質量不良的情況。由于用戶在不同的區域移動，信號覆蓋情況或好或壞，雖然如此，通話中斷現象是用戶所不能容忍的。對于GSM/EDGE模式，FAN5904能夠在5?s內完成電壓之間的跳變，滿足GSM規范。圖6所示為用于WCDMA和GSM/EDGE發送器的FAN5904時序圖。

圖 6. 用于WCDMA (a) 和GSM/EDGE (b) 發送器的FAN5904時序圖

在使用降壓轉換器時，我們關心的是開關頻率如何影響RF性能，RF工程師極不愿意添加一個會對RF信號保真度(發送和接收兩個方面)造成潛在影響的器件。如前所述，FAN5904采用PWM或 PFM模式工作，分析顯示，兩者均不會對RF性能造成影響。圖7(a)所示為28.5dBm信號的發送CW(關閉調制以顯示接近中心的尖刺)，以及距右側 6MHz的標記1。FAN5904產生的假性音調(spurious tones)水平很低，使得尖刺低于噪聲本底。圖7(b)所示為開啟調制時的尖刺水平。這種尖刺很小，遠遠低于Tx遮蔽水平。FAN5904具有6MHz 開關頻率的一個優勢在于該頻率遠離信號頻率，并且位于5MHz的帶寬之外，轉換成位于WCDMA信號兩側的2.5MHz頻率。