2G至3.5G蜂窝移动设备的高效RF功率管理

作者：时间：2012-07-18来源：网络收藏

表2: 在WCDMA信号调制下使用 FAN5904时，通话时间和数据使用时间方面的改善

表2显示了图2和图3的结果，以及功率放大器只工作于高功率模式下相应的分钟数。在HSUPA、CDMA200 1x EV-DO和 TD-SCDMA等不同信号调制模式下，电流消耗和通话时间都有类似的改善。这里把高功率模式工作的通话/数据使用时间一起显示的原因是：新技术不仅得到了更多的分钟数，从设计角度来看，亦简化了校准工作。当功率放大器具有多种功率模式时，固件必需适应何时从一个等级切换到下一个等级，因为在整个输出功率范围内，每个功率放大器的每种功率模式都存在独特的VPA-POUT 曲线。由于现在大多数手机都支持至少三个频段，这意味着满足要求的系统中可能有三种3G功率放大器，所以增加了复杂程度。在处于一种功率模式的功率放大器中使用FAN5904，可以消除模式切换带来的复杂性，更快地进行功率放大器校准，因为需要的校准点较少。这样就缩短了测试/校准的时间，并且降低了制造成本，同时简化了设计过程。

图 4. POUT = 28dBm时3G功率放大器的热成像

一个时常被忽视,但经常遭到抱怨的参数是耗热问题。在手持电话贴近头部进行通话，使用手机网上冲浪或者玩在线网络游戏时手机发热，大多数用户会因此而感到烦恼。问题的关键在于,设计人员在设计手机时必需将这一因素考虑在内。图4所示为某3G功率放大器的热成像，其中，(a)为使用FAN5904来供电;(b)为直接与电池连接;(c)为电池以4.2V电压充电。使用FAN5904时，在满输出功率情况下，功率放大器的温度几乎不可能达到50?C，在(b)和(c)的情况下，温度很容易达到50?C和65?C，使用一段时间后，手机会很快发热。在数据卡应用中，尤其是3G USB调制解调器卡开始流行，热耗散，或者说实现热耗散最小化变得十分重要。USB卡不能像手机那样有效地散热，因为它的体积非常小。由于3G调制解调器主要用于数据，功率放大器在大部分时间运行于“发热”状态。减少这种热量的最有效方式是使用诸如FAN5904的降压转换器。

FAN5904的一个关键特性是,支持3G功率放大器的6MHz开关频率和支持GSM/EDGE功率放大器模块的3MHz开关频率，可以使用小体积的电感和电容。FAN5904使用1008规格(2.5mm x 2.0mm)的0.47?H电感，分别使用10?F 0603和2.2?F 0603电容作为输入和输出电容，实现占位面积很小的PCB解决方案，并且没有影响降压转换器的效率。

另一个常常被遗忘的参数是瞬态响应时间。当需要在不同电压之间进行跳变，以便为功率放大器提供合适的输出功率时，对各种无线协议而言，瞬态响应时间变得尤为重要。FAN5904以6MHz的频率进行切换时，具有非常短的10?s响应时间 (如图5所示)，完全满足时隙间隔为25?s的WCDMA规范和IOPC 6.4.2规范要求。

图 5. FAN5904在WCDMA模式中电压跳变的上升和下降时间

在输出功率需要从低水平变到高水平，或者从启动开始，瞬态响应时间为10?s。对于降压稳压器而言，关键是使功率放大器满足这些规范要求，避免出现通话中断或者通话语音质量不良的情况。由于用户在不同的区域移动，信号覆盖情况或好或坏，虽然如此，通话中断现象是用户所不能容忍的。对于GSM/EDGE模式，FAN5904能够在5?s内完成电压之间的跳变，满足GSM规范。图6所示为用于WCDMA和GSM/EDGE发送器的FAN5904时序图。

图 6. 用于WCDMA (a) 和GSM/EDGE (b) 发送器的FAN5904时序图

在使用降压转换器时，我们关心的是开关频率如何影响RF性能，RF工程师极不愿意添加一个会对RF信号保真度(发送和接收两个方面)造成潜在影响的器件。如前所述，FAN5904采用PWM或 PFM模式工作，分析显示，两者均不会对RF性能造成影响。图7(a)所示为28.5dBm信号的发送CW(关闭调制以显示接近中心的尖刺)，以及距右侧 6MHz的标记1。FAN5904产生的假性音调(spurious tones)水平很低，使得尖刺低于噪声本底。图7(b)所示为开启调制时的尖刺水平。这种尖刺很小，远远低于Tx遮蔽水平。FAN5904具有6MHz 开关频率的一个优势在于该频率远离信号频率，并且位于5MHz的带宽之外，转换成位于WCDMA信号两侧的2.5MHz频率。