钜大LARGE | 点击量：1094次 | 2019年12月26日
DC-DC电源驱动PA提高WCDMA手机发送效率
随着第三代移动通信（3G）时代的临近，手机设计师们正忙于开发新的方案，以解决高速数据传输所带来的一系列新问题。其中，最主要的问题集中在软件、屏幕技术、数据处理带宽以及电池寿命等方面。在第二代（2G）只有话音和低速数据功能的手机中，问题还不是如此严峻，允许采用一些简单和廉价的方案进行折衷。例如，典型的2G手机中用于发送信号的功率放大器（PA）是由电池直接驱动的，虽然简单但效率不是最优的。
在3G手机中，高速数据传送要求更高的带宽和发送功率，因此，为保持足够长的电池工作时间，就必须采用更高效率的方案。现在，有一种方案正在逐渐受到蜂窝电话制造商们广泛的喜爱，那就是采用一种高度专门化设计的降压型DC-DC开关调节器来驱动PA。
开关型调节器改善发送效率的基本原理是，通过动态调节功放的供电电压，使其刚好能够满足功放中射频信号的幅度要求（见图1）。采用开关调节器高效率地实现这种调节，在峰值发送功率以外的任何工作条件下，都可大幅度地节省电池功率。因为峰值功率只有在手机远离基站和数据传送时需要，总体来讲，这种方案的省电效果是非常显著的。
如果功放的供电电压能够在一个足够宽的范围内高效率地动态调节，就有可能采用固定增益的线性功放，省掉偏置控制（已广泛应用于目前的2G电话）。当然，仍然可以利用偏置控制来进一步增加控制能力，许多蜂窝电话制造商正在积极跟踪这种方案；然而，在W-CDMA技术领域占主导地位的一家公司坚持认为不需要偏置控制。
另外一个需要重点考虑并关系到系统性能的问题是，对于这种特殊用途的降压型开关调节器，有一些什么样的特殊性能要求。为了便于理解，首先应该研究一下功放的负载特性。图2由一个主要的蜂窝电话制造商提供，表示一个双极工艺的固定增益W-CDMA功率放大器的负载曲线。在峰值发送功率时，功放需要3.4V的供电电压，并消耗掉300mA到600mA的电流。在最低发送功率时，也就是当靠近基站并且只发送话音时，功放仅吸取30mA的电流，电源电压为0.4V到1V。对应的功放消耗功率分别为2040mW（最大值）和12mW（最小值）。
针对作为负载的这种功放对开关调节器进行优化并非易事。Maxim的MAX1820W-CDMA蜂窝电话降压型调节器能够满足这种要求。下面列出使MAX1820区别于其它类型的开关调节器的特殊性能：
在很宽的负载范围内具有高效率—没有高效率，采用开关型调节器就失去了意义，因此，高效率和省电是MAX1820的主导设计思想（见图3）。传送数据时（约500mW至2040mW），MAX1820内部的低导通电阻（0.15Ω）PFET功率开关可以提供高达93%的效率。传送话音时（约12mW至500mW），MAX1820内部的0.2ΩNFET同步整流器和3.3mA的低工作电流（强制PWM模式）使转换效率达到85%。85%的效率听起来不算太高，但对于一个工作在1MHz恒定开关频率和很轻负载的转换器来讲确非易事，正如图3所示，转换器具有极低的功率损耗。这要归功于优秀的设计和亚微米工艺的采用，这种工艺能够在给定的FET导通电阻下获得更低的栅极电容。
