多模3G手機前端電路設計與分析

RF6280 DC-DC轉換器相當于一個(gè)脈沖寬度調制(PWM)電壓模式控制器，可以把Vset電壓提高到2.5倍[Vout=2.5(Vset)]。利用直流直流轉換器對每個(gè)功率級上的PA集電極電壓進(jìn)行優(yōu)化，電池耗電量的減小差不多等于Vout/Vin之比。對直流直流轉換器使用公式Pout=?Pin，這里？代表效率，可以推導出電池電流(Ibat)的公式Ibat=(Vout/?Vin)Iload，這里Iload代表負載電流。該式顯示電池電流是Vout/Vin之比，假設轉換器效率為100%，且所有工作電壓級上負載恒定。

　　圖6顯示了如何利用功率管理來(lái)降低電池的耗電量。圖中所示為當PA集電極電壓在每一個(gè)功率級上被最優(yōu)化調節時(shí)測得的電池耗電量。此數據表明，相比沒(méi)有集電極電壓調節的PA，在0dBm時(shí)，電池耗電量可以降低約79%。降低電池耗電量的另一種方法是采用模擬偏置控制技術(shù)。RF6285和RF6281 PA都設計有偏置電路，可以對控制電壓(Vctrl)進(jìn)行調節，這樣，在較低的功率級上，PA可以更低偏置。相比無(wú)基極偏置調節的PA，通過(guò)調節Vctrl，電池耗電量可以降低48%左右。圖6中的“基極偏置調節”曲線(xiàn)顯示了只改變PA基極偏置的結果。要進(jìn)一步降低電池耗電量，在較低的功率級上，PA基極偏置和集電極電壓都要減小。如圖6所示的“基極偏置調節＋DC-DC”曲線(xiàn)，最終對電池電流的影響是減少約88%的電流。利用這種控制電壓組合，在0dBm以下的放大器輸出功率級上，PMIC和PA所消耗的總電池電流小于7mA。

　　相比HSDPA調制信號，語(yǔ)音調制信號的峰均功率比要更小。由于手機必須工作在兩種模式下，故PA偏置須足夠高到維持充分的線(xiàn)性度，以達到系統相鄰信道泄漏比(ACLR)要求。一旦PA偏置電壓的設置符合HSDPA要求，在語(yǔ)音工作模式下，這些相同的電壓級可提供額外的ACLR余裕(ACLR margin)。由于這種額外的ACLR余裕并非必需，故可能會(huì )犧牲ACLR性能以節省更多的電池耗電量。圖7中，在語(yǔ)音工作模式下，通過(guò)減小HSDPA工作模式中所設置的控制電壓，在最高功率級上可節省30mA的耗電量。這種靈活性讓設計人員能夠根據工作模式對線(xiàn)性度余裕、斜率和功率進(jìn)行權衡取舍。

　　手機的散熱仍然是設計人員關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題。功率放大器(PA)是主要產(chǎn)熱器件。直流直流轉換器的使用將讓PA集電極電壓工作在最小規定電壓和最大輸出功率(與電池電壓無(wú)關(guān))下。下面以工作在最大輸出功率下的RF6285為例來(lái)說(shuō)明如何利用直流直流轉換器降低功耗。

　　輸出功率為+27-dBm時(shí)，RF6285的典型耗電量是450mA。如式Pdiss=Pin-Pout所示，功耗是輸入功率和輸出功率的函數，因為Pout恒定為+27dBm(0.5W)，故這時(shí)由Pin決定PA的功耗是多少。在滿(mǎn)充電電池供電且無(wú)功率管理的條件下使用PA時(shí)，Pin的值為：Pin=4.5VX0.45A=2.03W，此時(shí)功耗為1.53W。在采用了功率管理的情況下，PA集電極被設置為3.1V，故Pin=3.1VX0.45A=1.39W，而功耗只有0.89W。這種電壓的減小可減少約42%的PA功耗，這意味著(zhù)PA芯片溫度將降低42°C。

　　對運營(yíng)商和手機制造商來(lái)說(shuō)，手機的現場(chǎng)性能表現至關(guān)重要。EVM和ACLR系統要求，以及總輻射功率(TRP)和特定吸收率(SAR)限制，都需要失配負載條件下的穩健性能。此外，后期校準手機在效率和功率精度上可能會(huì )受到不良影響。PA負載靈敏度對發(fā)射鏈路的總體性能十分重要。RF6281、RF6285、RF6241、RF6242和RF6245 PA中采用了一種正交架構來(lái)減小PA負載靈敏度。這些器件采用帶有超前/滯后分離器和合成器網(wǎng)絡(luò )的并聯(lián)路徑放大器進(jìn)行設計。在使用中，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )可以創(chuàng )建彼此相位差為90度的放大器路徑，這需要PA穩健工作。