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降低W-CDMA手机RF功率的方法

作者:时间:2013-07-15来源:网络收藏

降低VREF和

如果我们掌握了经验数值,能够根据功率放大器的不同输出功率程度提供所需最小的VREF电压,那么就能主动地把VREF控制与放大器的功率控制过程结合起来。如果这种方法难度太高,我们可以简单地对VREF进行两阶调控,分别对应于低功率模式(小于10dBm)和高功率模式(大于10dBm)。

为了透过基频控制D/A转换器对VREF进行调整,我们选用了一个具有大输出电流能力和外部增益调节的低功率运算放大器。

在典型的无线手机中,功率放大器的直接取自单单元锂离子电池,因此的工作范围在3.2V到4.2V之间。如上所述,统计数据表明CDMA和W-CDMA的功率放大器多数时间工作在+5到+10dBm的功率程度。

在这样的程度下,设计人员可以在不损失功率放大器线性度的情况下显着降低VCC,同时减少因集电极偏置过大产生的功耗。

在低功率程度的实验测试表明,在集电极偏置持续低于0.6V的情况下,我们仍能保持与基地台间的正常通讯。

透过一个特殊设计的高效dc/dc降压转换器可以为功率放大器集电极提供可变的偏置电压。

我们可以利用基频处理器的一个专门数位类比转换器输出来调整该降压转换器的输出电压。

控制功率放大器集电极电压的dc/dc转换器必须能对控制讯号做出快速响应。通常,在来自基频处理器的模拟控制电平变化后的30微秒内,dc/dc转换器的输出电压应该稳定在新设定电压值的90%以内。

该转换器晶片在其VCC控制输入和对功率放大器集电极实施偏置的输出电压之间提供适当的内部增益。它还在高频率进行开关动作以减小电感的大小。

在功率放大器和电池之间连接dc/dc转换器会使一个问题变得突出,即在低电池电压下需要高RF功率。为了提供+28dBm的RF功率同时维持功率放大器的线性度指标,制造商们推荐最小的VCC是3.4V。为了在3.4V电压下保持35%的PAE,我们还需要高达530mA的功率放大器集电极电流。

+28dBm的RF功率:102.8 mW = 631mW

所需的功率放大器功率(VCC ICC):631mW/(PAE/100)?1,803mW。

在VCC=3.4V时,所需的功率放大器电流(ICC):ICC = 1,803mW/3.4V = 530mA。

为了支援3.4V的VCC和530mA的ICC,充当功率放大器电源的dc/dc转换器要求有一定的输入-输出余量。

例如,如果该转换器的内部P沟道MOSFET(PFET)的导通阻抗是0.4Ω,而电感阻抗是0.1Ω,那么在这两个元件上的串联压降为(0.4Ω+0.1Ω) 530mA = 265mV。所以,当电池电压低于3.665V时,该dc/dc转换器就无法支援3.4V的输出。

在电池电压低于3.665V的情况下,最好是将功率放大器集电极与电池短接。否则,就无法充分利用锂离子电池的电量。

通常的解决方案是透过并联一个低Rds的PFET,来旁路电感和内部PFET。这个旁路FRET(可内建或外接)在高功率模式下,将电池电压直接连到功率放大器的集电极。为了同时满足高RF功率和低电池电压,必须采用这种旁路方法。

最佳化PAE

最佳化PAE的最佳做法是连续调整功率放大器集电极的偏置电压。不过,这种方法需要工厂校准以及复杂的软体,以确保在集电极偏置电压连续变化的情况下,仍能具有良好的PA线性和。退而求其次的做法是对集电极偏置电压做步进调整,通常是两至四阶。

例如,在一个四阶系统中,包括的VCC值可能有:Vbatt、1.5V、1V和0.6V。该系统的总体效率几乎可以与对功率放大器集电极偏置进行连续控制的系统相媲美,而且在低或中功率程度,电感只需要提供小于150mA的峰值电流。

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关键词: W-CDMA ACPR VCC

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