【無線射頻芯片】-降低手機(jī)射頻鏈路的功率消耗

1/1降低手機(jī)射頻鏈路的功率消耗有些人說電池壽命是移動手機(jī)中最重要的用戶需求。即使當(dāng)消費(fèi)者渴望先進(jìn)的多媒體功能，他們也不情愿得到這些功能而放棄長通話的時間及待機(jī)時間。即便手機(jī)設(shè)計師延長了電池壽命,他們正面臨“沖突”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，但是還沒有突破性的技術(shù)革新，改進(jìn)效率的任務(wù)落在IC設(shè)計廠商上，更低的功率消耗，允許更好的功率管理。在移動電話中，驅(qū)動天線的功率放大器(PA)是電池功率的最大消耗者。通過提高移動電話全部輸出功率等級的效率可以有效的削減功率消耗,從而延長電池壽命。本文將介紹ANADIGICS的CDMA和WCDMA功放使用的HELPTM(低功率高效率)來滿意移動電話對功率的需求。為了提高效率，首先要評估在城市和郊區(qū)的環(huán)境中大多數(shù)移動電話通信所需要的功率水平。對此，我們可以參考CDMA開發(fā)團(tuán)隊(duì)(CDG)發(fā)表的數(shù)據(jù)。CDG發(fā)表的功率級別分布圖表顯示在以上兩種環(huán)境下移動電話處于開啟狀態(tài)的多數(shù)時間里，大部分移動電話工作時的放射功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于最大放射功率。這是由于大多數(shù)移動電話用戶打電話的時候通常都移動電話塔較近,因此移動電話工作時只需要相對較低的輸出功率。例如，當(dāng)無線標(biāo)準(zhǔn)要求最大的輸出功率時大約為+28dBm，超過80%通話的功率需求都少于+10dBm。圓滿的是，傳統(tǒng)的PAs在低功率級別工作時效率將大幅降低，這增加了電流消耗。在低功率級別工作時提高效率，能夠大幅延長電池的壽命。一個標(biāo)準(zhǔn)的WCDMA功放輸出+28dBm功率時效率為42%，輸出+16dBm時效率將大大降低，僅為8%，靜態(tài)電流大約為50mA。傳統(tǒng)射頻功放是雙極GaAs器件，在凹凸功率水平間進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換，切換的門限是+16dBm。一種常用的方法是使用外部DC-DC轉(zhuǎn)換器來切換功放的電壓，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,并鋪張了主板空間。ANADIGICS的HELPTMPAs，基于其InGaP-PlusTM的專利技術(shù)，供應(yīng)了一個更優(yōu)良和更廉價的解決方案。InGaP-PlusTM允許電路設(shè)計師把高性能HBTs和高性能pHEMTs集成在同一個基底中。這種因此產(chǎn)生的BiFET技術(shù)能利用HBT來構(gòu)建高線性放大器，使用pHEMTs來構(gòu)建快速、低損耗的開關(guān)。使用BiFET技術(shù)的PA可以不使用外部轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)低輸出功率時效率的最大化。pHEMT開關(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效率超過2倍，在16dBm時效率從8%提高到21%。由于效率的提高，平均的功率消耗將削減50%。通過三種功率級別途徑的處理，第3代HELP器件(稱為HELP3)功率消耗降低多達(dá)75%，靜態(tài)電流也明顯削減，HELP技術(shù)使靜態(tài)電流從50mA降低到15mA,而HELP3的靜態(tài)電流僅為7mA(表1)。表1.顯示相關(guān)的三種PAs規(guī)范.這在實(shí)際應(yīng)用中是如何被實(shí)現(xiàn)的?考慮城市環(huán)境中典型的移動電話，接收電路和基帶部分消耗125mA。當(dāng)其它的放射電路功率消耗相等時，放射電路的功率消耗將由使用的PA不同而變化(放射電路時的功率消耗不僅僅包括PA，也包含其它構(gòu)件例如RF驅(qū)動放大器)。以下是在通話模式下，三種方案的電流消耗：1.移動電話，

使用傳統(tǒng)功放(two-statePA):

PA的電流消耗為70mA,通話模式下電流消耗為：116mA(放射電路)+125mA(基帶接收電路)=241mA2.移動電話，使用HELP功放(two-levelBiFET):PA的電流消耗為34mA,通話模式下電流消耗為：81mA(放射電路)+125mA(基帶接收電路)=206mA。3.移動電話，使用HELP3功放(three-level,BiFET):PA的電流消耗為18mA,通話模式下電流消耗為：68mA(放射電路)+125mA(基帶接收電路)=193mA。HELP及HELP3靜態(tài)電流可以分別削減70%和86%，同樣將有助于待機(jī)狀態(tài)下手機(jī)的降低功耗。當(dāng)然，功率消耗不是選擇PA的唯一理由，線性度、噪聲以及支持高端服務(wù)(HSDPA)等系統(tǒng)級的性能都要考慮在內(nèi)。無論如何,功放的基本性能必需符合規(guī)范。在滿意