面向2G/3.5G蜂窝移动设备的高效RF功率管理方案

基带处理器能够针对输出功率水平，动态调节功率放大器的电源电压，从而降低功率放大器消耗的电流。这样便得到两种重要结果：一是降低了电源电压和电流，使得散热减少；二是延长了智能手机的通话时间和数据使用时间。在高输出功率或者大电流负载情况下，FAN5904会以6MHz的PWM模式工作，但在要求“中”或“低”输出功率时，它会自动转换至脉冲频率调制(PFM)模式。在PFM模式下，转换器以更低的开关频率工作，以保持更高的效率。图2和图3针对WCDMA (语音和数据)信号调制的DG90功率分布函数，显示使用与未使用FAN5904的3G功率放大器的性能。对于语音通话，FAN5904在大部分时间工作于PFM模式，因为根据DG09曲线，PFM模式占用的时间少于输出功率高于18dBm时间的10%。恰恰相反的是，为了保证接收器的信噪比，在数据传送模式下则要求保证更高的“每bit能量”，所以在数据传送模式下，输出功率为16dBm或者以上的时间占据33%。

图 2. WCDMA信号调制和1000mAh锂离子电池条件下，使用和未使用FAN5904的3G功率放大器的通话时间分析。

图 3. WCDMA信号调制和1000mAh锂离子电池条件下，使用和不使用 FAN5904的3G功率放大器的数据发送时间分析。

图2和图3显示了在不同输出功率条件下一个3G PA分别在语音和数据传输模式下有、无FAN5904时所使用的工作时间的分析。在PA电源电压设定在邻近信道功率比（ACPR）为-39dBc时的值时， WCDMA的ACPR可以改善到-43dBc，但是电流消耗将会增加，导致效率降低。

表2: 在WCDMA信号调制下使用 FAN5904时，通话时间和数据使用时间方面的改善。

表2显示了图2和图3的结果，以及功率放大器只工作于高功率模式下相应的分钟数。在HSUPA、CDMA200 1x EV-DO和TD-SCDMA等不同信号调制模式下，电流消耗和通话时间都有类似的改善。这里把高功率模式工作的通话/数据使用时间一起显示的原因是：新技术不仅得到了更多的分钟数，从设计角度来看，亦简化了校准工作。当功率放大器具有多种功率模式时，固件必需适应何时从一个等级切换到下一个等级，因为在整个输出功率范围内，每个功率放大器的每种功率模式都存在独特的VPA-POUT 曲线。由于现在大多数手机都支持至少三个频段，这意味着满足要求的系统中可能有三种3G功率放大器，所以增加了复杂程度。在处于一种功率模式的功率放大器中使用FAN5904，可以消除模式切换带来的复杂性，更快地进行功率放大器校准，因为需要的校准点较少。这样就缩短了测试/校准的时间，并且降低了制造成本，同时简化了设计过程。

图 4. POUT = 28dBm时3G功率放大器的热成像:

一个时常被忽视,但经常遭到抱怨的参数是耗热问题。在手持电话贴近头部进行通话，使用手机网上冲浪或者玩在线网络游戏时手机发热，大多数用户会因此而感到烦恼。问题的关键在于,设计人员在设计手机时必需将这一因素考虑在内。图4所示为某3G功率放大器的热成像，其中，(a)为使用FAN5904来供电；(b)为直接与电池连接；(c)为电池以4.2V电压充电。使用FAN5904时，在满输出功率情况下，功率放大器的温度几乎不可能达到50?C，在(b)和(c)的情况下，温度很容易达到50?C和65?C，使用一段时间后，手机会很快发热。在数据卡应用中，尤其是3G USB调制解调器卡开始流行，热耗散，或者说实现热耗散最小化变得十分重要。USB卡不能像手机那样有效地散热，因为它的体积非常小。由于3G调制解调器主要用于数据，功率放大器在大部分时间运行于“发热”状态。减少这种热量的最有效方式是使用诸如FAN5904的降压转换器。

FAN5904的一个关键特性是,支持3G功率放大器的6MHz开关频率和支持GSM/EDGE功率放大器模块的3MHz开关频率，可以使用小体积的电感和电容。FAN5904使用1008规格(2.5mm x 2.0mm)的0.47?H电感，分别使用10?F 0603和2.2?F 0603电容作为输入和输出电容，实现占位面积很小的PCB解决方案，并且没有影响降压转换器的效率。

另一个常常被遗忘的参数是瞬态响应时间。当需要在不同电压之间进行跳变，以便为功率放大器提供合适的输出功率时，对各种无线协议而言，瞬态响应时间变得尤为重要。FAN5904以6MHz的频率进行切换时，具有非常短的10?s响应时间 (如图5所示)，完全满足时隙间隔为25?s的WCDMA规范和IOPC 6.4.2规范要求。

图 5. FAN5904在WCDMA模式中电压跳变的上升和下降时间。

在输出功率需要从低水平变到高水平，或者从启动开始，瞬态响应时间为10?s。对于降压稳压器而言，关键是使功率放大器满足这些规范要求，避免出现通话中断或者通话语音质量不良的情况。由于用户在不同的区域移动，信号覆盖情况或好或坏，虽然如此，通话中断现象是用户所不能容忍的。对于GSM/EDGE模式，FAN5904能够在5?s内完成电压之间的跳变，满足GSM规范。图6所示为用于WCDMA和GSM/EDGE发送器的FAN5904时序图。

图 6. 用于WCDMA (a) 和GSM/EDGE (b) 发送器的FAN5904时序图