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降低CDMA/WCDMA蜂窝电话的射频功耗

上网日期: 2008年03月28日 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:射频? DC-DC转换器? 功率放大器?

降低VREF

当发射RF功率为零时,在VREF = 3.0V、VCC = 3.4V,PA本身消耗电流为100mA (典型值)。如果将VREF从3.0V降至2.9V,静态电流将降低20mA。由此可见,通过减小VREF可有效降低PA的静态电流,但要保证PA的线性指标和ACPR满足规范要求。

如果试验数据给出了支持每级输出功率的最小VREF电压,则可利用PA的功率控制处理器动态控制VREF。如果这种方案设计过于复杂,则可简单地采用两级VREF控制结构,只需控制低功率模式(< 10dBm)和高功率模式(> 10dBm)。通过基带控制DAC调节VREF时,可使用具有大电流驱动的低功耗运算放大器,并配合外部增益设置。

降低集电极偏置电压

在典型的手机设计中,PA的VCC直接由单节Li+电池提供,因此,VCC工作电压的范围为:3.2V至4.2V。如上所述,概率统计表明CDMA/WCDMA的PA大多数时间工作在+5dBm至+10dBm的输出功率,在这样的功率等级下,可以在不降低PA线性指标的前提下降低PA的集电极偏置电压(VCC),以达到降低功耗的目的。试验数据表明,在降低PA集电极偏置(低至0.6V)的情况下,手机可以始终保持与基站之间的正常通信。

采用专门设计的高效DC-DC降压转换器可以为PA集电极提供变化的偏置电压,转换器的输出电压利用基带处理器专用的DAC输出调节。

利用DC-DC转换器控制PA功率和PAE

DC-DC转换器必须能够快速响应控制信号,对PA的集电极电压进行控制。通常,转换器的输出电压应该在30ms内达到其目标电压的90%,跟随基带处理器模拟控制电压的变化。转换器芯片在VCC控制输入电压与输出电压之间提供适当的内部增益,偏置PA的集电极。这些转换器工作在较高的开关频率,以减小电感的物理尺寸。

在PA和电池之间连接一个DC-DC转换器会带来另外一个问题,即在低电池电压下如何保证大功率输出,为了在保证PA线性指标的前提下提供28dBm的RF功率,PA制造商建议VCC的最小电压为3.4V。为了在3.4V电压下保持35%的PAE,还需要高达530mA的PA集电极电流:

28dBm RF功率: 102.8 mW = 631mW

所需PA功率(VCC x ICC): 631mW/(PAE/100) = 1803mW

3.4V VCC时所需PA ICC : ICC = 1803mW/3.4V = 530mA

要保证3.4V VCC和530mA ICC, DC-DC转换器要求输入和输出电压之间有一定的裕量,如果转换器内部的p沟道MOSFET(P-FET)的导通电阻为0.4Ω,电感电阻为0.1Ω元件串联后将产生:(0.4Ω+0.1Ω) x530mA = 265mV的压差,当电池电压降至3.665V以下时,DC-DC转换器将无法支持3.4V的输出。

这种情况下(电池电压低于3.665V),最好将PA的集电极直接与电池短路,以便充分利用Li+电池的能量。通常,可以利用一个并联的低导通电阻P-FET旁路电感和内部P-FET。这个旁路P-FET (内置或外置)在大功率模式下直接将电池电压接到PA的集电极(图2)。为了解决高RF功率和低电池电压问题,这种旁路措施是必需的。

图2
图2:DC-DC转换器(中间位置的IC)允许基带处理器严格控制功率放大器的VCC