降低W－CDMA手機RF功率的方法

降低VREF和VCC

如果我們掌握了經驗數(shù)值，能夠根據功率放大器的不同輸出功率程度提供所需最小的VREF電壓，那么就能主動地把VREF控制與放大器的功率控制過程結合起來。如果這種方法難度太高，我們可以簡單地對VREF進行兩階調控，分別對應于低功率模式(小于10dBm)和高功率模式(大于10dBm)。

為了透過基頻控制D/A轉換器對VREF進行調整，我們選用了一個具有大輸出電流能力和外部增益調節(jié)的低功率運算放大器。

在典型的無線手機中，功率放大器的VCC直接取自單單元鋰離子電池，因此VCC的工作范圍在3.2V到4.2V之間。如上所述，統(tǒng)計數(shù)據表明CDMA和W-CDMA的功率放大器多數(shù)時間工作在+5到+10dBm的功率程度。

在這樣的程度下，設計人員可以在不損失功率放大器線性度的情況下顯著降低VCC，同時減少因集電極偏置過大產生的功耗。

在低功率程度的實驗測試表明，在集電極偏置持續(xù)低于0.6V的情況下，我們仍能保持與基地臺間的正常通訊。

透過一個特殊設計的高效dc/dc降壓轉換器可以為功率放大器集電極提供可變的偏置電壓。

我們可以利用基頻處理器的一個專門數(shù)位類比轉換器輸出來調整該降壓轉換器的輸出電壓。

控制功率放大器集電極電壓的dc/dc轉換器必須能對控制訊號做出快速響應。通常，在來自基頻處理器的模擬控制電平變化后的30微秒內，dc/dc轉換器的輸出電壓應該穩(wěn)定在新設定電壓值的90%以內。

該轉換器晶片在其VCC控制輸入和對功率放大器集電極實施偏置的輸出電壓之間提供適當?shù)膬炔吭鲆?。它還在高頻率進行開關動作以減小電感的大小。

在功率放大器和電池之間連接dc/dc轉換器會使一個問題變得突出，即在低電池電壓下需要高RF功率。為了提供+28dBm的RF功率同時維持功率放大器的線性度指標，制造商們推薦最小的VCC是3.4V。為了在3.4V電壓下保持35%的PAE，我們還需要高達530mA的功率放大器集電極電流。

+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時，所需的功率放大器電流(ICC)：ICC = 1,803mW/3.4V = 530mA。

為了支援3.4V的VCC和530mA的ICC，充當功率放大器電源的dc/dc轉換器要求有一定的輸入-輸出余量。

例如，如果該轉換器的內部P溝道MOSFET(PFET)的導通阻抗是0.4Ω，而電感阻抗是0.1Ω，那么在這兩個元件上的串聯(lián)壓降為(0.4Ω+0.1Ω) 530mA = 265mV。所以，當電池電壓低于3.665V時，該dc/dc轉換器就無法支援3.4V的輸出。

在電池電壓低于3.665V的情況下，最好是將功率放大器集電極與電池短接。否則，就無法充分利用鋰離子電池的電量。

通常的解決方案是透過并聯(lián)一個低Rds的PFET，來旁路電感和內部PFET。這個旁路FRET(可內建或外接)在高功率模式下，將電池電壓直接連到功率放大器的集電極。為了同時滿足高RF功率和低電池電壓，必須采用這種旁路方法。

最佳化PAE

最佳化PAE的最佳做法是連續(xù)調整功率放大器集電極的偏置電壓。不過，這種方法需要工廠校準以及復雜的軟體，以確保在集電極偏置電壓連續(xù)變化的情況下，仍能具有良好的PA線性和ACPR。退而求其次的做法是對集電極偏置電壓做步進調整，通常是兩至四階。

例如，在一個四階系統(tǒng)中，包括的VCC值可能有：Vbatt、1.5V、1V和0.6V。該系統(tǒng)的總體效率幾乎可以與對功率放大器集電極偏置進行連續(xù)控制的系統(tǒng)相媲美，而且在低或中功率程度，電感只需要提供小于150mA的峰值電流。