降低手機射頻鏈路的功率消耗

　　有些人說(shuō)電池壽命是移動(dòng)手機中最重要的用戶(hù)需求。即使當消費者渴望先進(jìn)的多媒體功能，他們也不愿意得到這些功能而放棄長(cháng)通話(huà)的時(shí)間及待機時(shí)間。即便手機設計師延長(cháng)了電池壽命, 他們正面臨“矛盾”的需求而增加消耗更多功率的新功能。盡管電池技術(shù)在近幾年在不斷的進(jìn)步，但是還沒(méi)有突破性的技術(shù)革新，改進(jìn)效率的任務(wù)落在 IC設計 廠(chǎng)商上，更低的功率消耗，允許更好的功率管理。

　　在移動(dòng)電話(huà)中，驅動(dòng)天線(xiàn)的功率放大器 (PA)是電池功率的最大消耗者。通過(guò)提高移動(dòng)電話(huà)所有輸出功率等級的效率可以有效的減少功率消耗, 從而延長(cháng)電池壽命。本文將介紹ANADIGICS 的CDMA 和 WCDMA 功放使用的HELPTM (低功率高效率)來(lái)滿(mǎn)足移動(dòng)電話(huà)對功率的需求。

　　為了提高效率，首先要評估在城市和郊區的環(huán)境中大多數移動(dòng)電話(huà)通信所需要的功率水平。對此，我們可以參考CDMA開(kāi)發(fā)團隊(CDG)發(fā)表的數據。CDG發(fā)表的功率級別分布圖表顯示在以上兩種環(huán)境下移動(dòng)電話(huà)處于開(kāi)啟狀態(tài)的多數時(shí)間里，大部分移動(dòng)電話(huà)工作時(shí)的發(fā)射功率遠遠低于最大發(fā)射功率。這是因為大多數移動(dòng)電話(huà)用戶(hù)打電話(huà)的時(shí)候通常都移動(dòng)電話(huà)塔較近, 因此移動(dòng)電話(huà)工作時(shí)只需要相對較低的輸出功率。例如，當無(wú)線(xiàn)標準要求最大的輸出功率時(shí)大約為 +28 dBm，超過(guò) 80%通話(huà)的功率需求都少于 +10 dBm。遺憾的是，傳統的 PAs 在低功率級別工作時(shí)效率將大幅降低，這增加了電流消耗。在低功率級別工作時(shí)提高效率，能夠大幅延長(cháng)電池的壽命。一個(gè)標準的WCDMA功放輸出+28dBm功率時(shí)效率為42%，輸出+16dBm時(shí)效率將大大降低，僅為8%，靜態(tài)電流大約為50 mA。

　　傳統射頻功放 是雙極 GaAs 器件，在高低功率水平間進(jìn)行功率轉換，切換的門(mén)限是+16 dBm。一種常用的方法是使用外部 DC-DC 轉換器來(lái)切換功放的電壓，從而使得 PA 效率最大化。這種方法的缺點(diǎn)是在材料清單(BOM)增加了額外的器件和成本,并浪費了主板空間。ANADIGICS 的HELPTM PAs，基于其 InGaP- PlusTM 的專(zhuān)利技術(shù)，提供了一個(gè)更優(yōu)良和更廉價(jià)的解決方案。InGaP- PlusTM 允許電路設計師把高性能 HBTs 和高性能pHEMTs集成在同一個(gè)基底中。這種因此產(chǎn)生的BiFET 技術(shù)能利用HBT來(lái)構建高線(xiàn)性放大器，使用 pHEMTs來(lái)構建快速、低損耗的開(kāi)關(guān)。使用 BiFET 技術(shù)的PA可以不使用外部轉換器來(lái)實(shí)現低輸出功率時(shí)效率的最大化。pHEMT 開(kāi)關(guān)允許在 PA 中選擇不同的放大器鏈路，這取決于輸出功率的要求。其好處是中等輸出功率時(shí)效率超過(guò)2倍，在16dBm時(shí)效率從 8%提高到 21%。由于效率的提高，平均的功率消耗將減少50% 。通過(guò)三種功率級別途徑的處理，第 3 代 HELP器件 (稱(chēng)為HELP3)功率消耗降低多達 75% ，靜態(tài)電流也明顯減少，HELP技術(shù)使靜態(tài)電流從50mA降低到 15 mA, 而HELP3 的靜態(tài)電流僅為 7 mA(表1)。

　　表1. 顯示相關(guān)的三種 PAs 規范.

　　這在實(shí)際應用中是如何被實(shí)現的?考慮城市環(huán)境中典型的移動(dòng)電話(huà)，接收電路和基帶部分消耗 125 mA 。當其它的發(fā)射電路功率消耗相等時(shí)，發(fā)射電路的功率消耗將由使用的PA不同而變化(發(fā)射電路時(shí)的功率消耗不僅僅包括 PA，也包含其它構件例如 RF 驅動(dòng)放大器)。以下是在通話(huà)模式下，三種方案的電流消耗：