鉅大LARGE | 點擊量：1108次 | 2019年12月26日
DC-DC電源驅動PA提高WCDMA手機發(fā)送效率
隨著第三代移動通信（3G）時代的臨近，手機設計師們正忙于開發(fā)新的方案，以解決高速數據傳輸所帶來的一系列新問題。其中，最主要的問題集中在軟件、屏幕技術、數據處理帶寬以及電池壽命等方面。在第二代（2G）只有話音和低速數據功能的手機中，問題還不是如此嚴峻，允許采用一些簡單和廉價的方案進行折衷。例如，典型的2G手機中用于發(fā)送信號的功率放大器（PA）是由電池直接驅動的，雖然簡單但效率不是最優(yōu)的。
在3G手機中，高速數據傳送要求更高的帶寬和發(fā)送功率，因此，為保持足夠長的電池工作時間，就必須采用更高效率的方案。現(xiàn)在，有一種方案正在逐漸受到蜂窩電話制造商們廣泛的喜愛，那就是采用一種高度專門化設計的降壓型DC-DC開關調節(jié)器來驅動PA。
開關型調節(jié)器改善發(fā)送效率的基本原理是，通過動態(tài)調節(jié)功放的供電電壓，使其剛好能夠滿足功放中射頻信號的幅度要求（見圖1）。采用開關調節(jié)器高效率地實現(xiàn)這種調節(jié)，在峰值發(fā)送功率以外的任何工作條件下，都可大幅度地節(jié)省電池功率。因為峰值功率只有在手機遠離基站和數據傳送時需要，總體來講，這種方案的省電效果是非常顯著的。
如果功放的供電電壓能夠在一個足夠寬的范圍內高效率地動態(tài)調節(jié)，就有可能采用固定增益的線性功放，省掉偏置控制（已廣泛應用于目前的2G電話）。當然，仍然可以利用偏置控制來進一步增加控制能力，許多蜂窩電話制造商正在積極跟蹤這種方案；然而，在W-CDMA技術領域占主導地位的一家公司堅持認為不需要偏置控制。
另外一個需要重點考慮并關系到系統(tǒng)性能的問題是，對于這種特殊用途的降壓型開關調節(jié)器，有一些什么樣的特殊性能要求。為了便于理解，首先應該研究一下功放的負載特性。圖2由一個主要的蜂窩電話制造商提供，表示一個雙極工藝的固定增益W-CDMA功率放大器的負載曲線。在峰值發(fā)送功率時，功放需要3.4V的供電電壓，并消耗掉300mA到600mA的電流。在最低發(fā)送功率時，也就是當靠近基站并且只發(fā)送話音時，功放僅吸取30mA的電流，電源電壓為0.4V到1V。對應的功放消耗功率分別為2040mW（最大值）和12mW（最小值）。
針對作為負載的這種功放對開關調節(jié)器進行優(yōu)化并非易事。Maxim的MAX1820W-CDMA蜂窩電話降壓型調節(jié)器能夠滿足這種要求。下面列出使MAX1820區(qū)別于其它類型的開關調節(jié)器的特殊性能：
在很寬的負載范圍內具有高效率—沒有高效率，采用開關型調節(jié)器就失去了意義，因此，高效率和省電是MAX1820的主導設計思想（見圖3）。傳送數據時（約500mW至2040mW），MAX1820內部的低導通電阻（0.15Ω）PFET功率開關可以提供高達93%的效率。傳送話音時（約12mW至500mW），MAX1820內部的0.2ΩNFET同步整流器和3.3mA的低工作電流（強制PWM模式）使轉換效率達到85%。85%的效率聽起來不算太高，但對于一個工作在1MHz恒定開關頻率和很輕負載的轉換器來講確非易事，正如圖3所示，轉換器具有極低的功率損耗。這要歸功于優(yōu)秀的設計和亞微米工藝的采用，這種工藝能夠在給定的FET導通電阻下獲得更低的柵極電容。
