2.5G和3G移動(dòng)電話改善發(fā)送效率的新型方案

引言
隨著第三代移動(dòng)通信(3G)時(shí)代的臨近，手機(jī)設(shè)計(jì)人員正忙于開發(fā)新的方案，以解決高速數(shù)據(jù)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(shù)、數(shù)據(jù)處理帶寬以及電池壽命等方面。
 這些問題在在第二代（2G）只有話音和低速數(shù)據(jù)功能的手機(jī)中，還不是如此嚴(yán)峻，并且允許采用一些簡單和廉價(jià)的方案進(jìn)行折衷或彌補(bǔ)。一個(gè)典型的例子就是功放，典型的2G手機(jī)中用于發(fā)送信號的功率放大器(PA)是由電池直接驅(qū)動(dòng)的，效率雖不是最佳,但非常簡單。
而在3G手機(jī)中，最關(guān)鍵的是,高速數(shù)據(jù)傳送要求具有更高的帶寬和發(fā)送功率.因此，為保持足夠長的電池工作時(shí)間，就必須要采用更先進(jìn)和效率更高的方案。
一種解決方法那就是采用一種高度專門化設(shè)計(jì)的DC-DC降壓變換器MAX1820來驅(qū)動(dòng)PA,.這是當(dāng)今越來越廣泛受到蜂窩電話制造商們青睞的一種方案。
 
降壓變換器MAX1820改善發(fā)送效率的設(shè)計(jì)方案
由MAX1820組成的改善手機(jī)2.5G和3G發(fā)送效率配置方案圖示于圖1。

圖1  應(yīng)用MAX1820降壓變換器改善2.5G和3G手機(jī)發(fā)送效率方案框圖(1MHz脈寬調(diào)制降壓變換器)
從圖中可看出,實(shí)際上是在電池與WCDMA功率放大器(PA)中嵌入MAX1820降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器，它也是組成了1MHz脈寬調(diào)制降壓轉(zhuǎn)換器, 其PWM開關(guān)頻率為1MHz。
從圖1中可以清楚地看出，利用MAX1820這樣的高效率開關(guān)調(diào)節(jié)器能動(dòng)態(tài)地調(diào)整WCDMA功率放大器(PA)的供電電壓，并使其跟隨功放(PA)的發(fā)送功率而變化，又其剛好能滿足射頻信號的幅度要求.,從而既可以提高電源的利用率，又減少功率浪費(fèi)。采用開關(guān)調(diào)節(jié)器高效率地實(shí)現(xiàn)這種調(diào)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,見圖2所示。

圖2  與用電池直接驅(qū)動(dòng)功放的方案相比較，采用MAX1820后明顯降低了手機(jī)電池的電流，尤其是在該率最高的低發(fā)送功率時(shí)節(jié)點(diǎn)效果更為明顯
因?yàn)榉逯倒β手挥性谑謾C(jī)遠(yuǎn)離基站/或數(shù)據(jù)傳送時(shí)需要。從總體來講，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(gè)足夠?qū)挼姆秶鷥?nèi)高效率地動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，那么，就有可能采用固定增益的線性功放，省掉目前廣泛應(yīng)用于2G電話的偏置控制。
那末MAX1820降壓變換器用的是什么技術(shù)能實(shí)現(xiàn)省電并提高手機(jī)發(fā)送效率?也就是說該設(shè)計(jì)方案的技術(shù)可行性是什么?這是需要在下面說明的.
該問題,實(shí)際上重點(diǎn)是從系統(tǒng)性能的角度,對特殊用途的MAX1820降壓變換器有些什么樣的特殊性能作一分析, 從而優(yōu)化配置的論證也顯而易見了。
為便于理解，現(xiàn)首先應(yīng)該研究一下作為負(fù)載的功放及其特性見圖3。

圖3 固定增益的雙極型WCDMA功率放大器的典型負(fù)載曲線中有一個(gè)明顯的阻性成分，電源電壓和電流會從最低的0.4V/30mA(12mW)變化到最高的3.4V/600mA(2040mW)
它由一個(gè)主要蜂窩電話商制造提供,表示一個(gè)雙極工藝的固定增益WCDMA功率放大器的負(fù)載曲線。在峰值發(fā)送功率時(shí)，功率需要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(shí)，也就是當(dāng)靠近基站并且只發(fā)送話音時(shí)，功放僅吸取30mA的電流和0.4V到1V的電源電壓。對應(yīng)的功放消耗功率分別為2040mW（最大值）和12mW（最小值）。
針對具有此類負(fù)載特性的功放,要對降壓變換器進(jìn)行優(yōu)化并非易事. 而MAX1820 WCDMA蜂窩電話降壓型變換器能滿足這種要求。
MAX1820特殊性能：