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多模3G手机前端电路设计方案

作者:时间:2017-06-08来源:网络

R DC-DC转换器相当于一个脉冲宽度调制()电压模式控制器,可以把Vset电压提高到2.5倍[Vout=2.5(Vset)]。利用直流直流转换器对每个功率级上的PA集电极电压进行优化,电池耗电量的减小差不多等于Vout/Vin之比。对直流直流转换器使用公式Pout=?Pin,这里?代表效率,可以推导出电池电流(Ibat)的公式Ibat=(Vout/?Vin)Iload,这里Iload代表负载电流。该式显示电池电流是Vout/Vin之比,假设转换器效率为100%,且所有工作电压级上负载恒定。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201706/351163.htm

图6显示了如何利用功率管理来降低电池的耗电量。图中所示为当PA集电极电压在每一个功率级上被最优化调节时测得的电池耗电量。此数据表明,相比没有集电极电压调节的PA,在0dBm时,电池耗电量可以降低约79%。降低电池耗电量的另一种方法是采用模拟偏置控制技术。RF6285和RF6281 PA都设计有偏置电路,可以对控制电压(Vctrl)进行调节,这样,在较低的功率级上,PA可以更低偏置。相比无基极偏置调节的PA,通过调节Vctrl,电池耗电量可以降低48%左右。图6中的“基极偏置调节”曲线显示了只改变PA基极偏置的结果。要进一步降低电池耗电量,在较低的功率级上,PA基极偏置和集电极电压都要减小。如图6所示的“基极偏置调节+DC-DC”曲线,最终对电池电流的影响是减少约88%的电流。利用这种控制电压组合,在0dBm以下的放大器输出功率级上,PMIC和PA所消耗的总电池电流小于7mA。



相比HSDPA调制信号,语音调制信号的峰均功率比要更小。由于手机必须工作在两种模式下,故PA偏置须足够高到维持充分的线性度,以达到系统相邻信道泄漏比(ACLR)要求。一旦PA偏置电压的设置符合HSDPA要求,在语音工作模式下,这些相同的电压级可提供额外的ACLR余裕(ACLR margin)。由于这种额外的ACLR余裕并非必需,故可能会牺牲ACLR性能以节省更多的电池耗电量。图7中,在语音工作模式下,通过减小HSDPA工作模式中所设置的控制电压,在最高功率级上可节省30mA的耗电量。这种灵活性让设计人员能够根据工作模式对线性度余裕、斜率和功率进行权衡取舍。

手机的散热仍然是设计人员关注的一个问题。功率放大器(PA)是主要产热器件。直流直流转换器的使用将让PA集电极电压工作在最小规定电压和最大输出功率(与电池电压无关)下。下面以工作在最大输出功率下的RF6285为例来说明如何利用直流直流转换器降低功耗。

输出功率为+27-dBm时,RF6285的典型耗电量是450mA。如式Pdiss=Pin-Pout所示,功耗是输入功率和输出功率的函数,因为Pout恒定为+27dBm(0.5W),故这时由Pin决定PA的功耗是多少。在满充电电池供电且无功率管理的条件下使用PA时,Pin的值为:Pin=4.5VX0.45A=2.03W,此时功耗为1.53W。在采用了功率管理的情况下,PA集电极被设置为3.1V,故Pin=3.1VX0.45A=1.39W,而功耗只有0.89W。这种电压的减小可减少约42%的PA功耗,这意味着PA芯片温度将降低42°C。

对运营商和手机制造商来说,手机的现场性能表现至关重要。EVM和ACLR系统要求,以及总辐射功率(TRP)和特定吸收率(SAR)限制,都需要失配负载条件下的稳健性能。此外,后期校准手机在效率和功率精度上可能会受到不良影响。PA负载灵敏度对发射链路的总体性能十分重要。RF6281、RF6285、RF6241、RF6242和RF6245 PA中采用了一种正交架构来减小PA负载灵敏度。这些器件采用带有超前/滞后分离器和合成器网络的并联路径放大器进行设计。在使用中,无线网络可以创建彼此相位差为90度的放大器路径,这需要PA稳健工作。

图8显示了超前/滞后合成器网络输出失配时发生的情况。这一仿真中,在Port1合成器输出上有5.0:1 VSWR的失配。使用5.0:1 VSWR的原因在于这是手机环境中可能发生的最坏失配情况。Ports2和4受到的影响是阻抗转换,亦即每个PA输出2.0:1 VSWR。前端组件插损可对天线失配起一定隔离作用。典型前端组件插损至少3dB,这限定了超前/滞后合成器输出的最坏情况VSWR是3.0:1,而非5.0:1。

图9所示为测得的RF6285的ACLR性能与VSWR的关系,从中可看出PA正交架构的优势。作为参考,在3.0:1的最坏情况VSWR下,ACLR下降不到2dB,而单端PA时为10dB。对于3.0:1的最坏情况VSWR,RF6285的功率下降只有2.5dB,相同情况下单端PA则为3.5dB(图10)。图11显示了RF6285的峰值集电极电流与VSWR的关系。在2.0:1最坏情况VSWR下,RF6285的峰值集电极电流只增加了3%,而相同条件下单端PA的增加了20%之多。

3G手机的设计人员面临着大量挑战,究竟应该优先解决那些问题,需根据最终应用来决定。像RD6280模块这样的解决方案可为多频带应用带来灵活性的优点,同时在所有功率级和工作模式下都能保持最佳性能。相反地,RF6241、RF6242和RF6245等高度集成的解决方案可减少元件数目求。上述两类解决方案都能够满足改进回退功率级下耗电量的要求,而RD6280包含有PA PMIC,可提供更多的性能优化。




关键词: 多模3G手机 F6280 PWM

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