雙頻功率放大器在CDMA和WCDMA設(shè)備上應(yīng)用技術(shù)

1、雙頻功率放大器在CDMA和 WCDMA設(shè)備上的應(yīng)用作者： ANADIGICS公司根據(jù)最近一份 ABIResearch 報告指出 (1) ，無線移動數(shù)據(jù)為歐洲眾多的運營商貢獻(xiàn)25-30 的收入，為日本運營商貢獻(xiàn)高達(dá) 38的收入。此無線數(shù)據(jù)服務(wù)，如音樂下載，電子郵件和移動互聯(lián)網(wǎng)的日益普及，用戶和移動寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的收入可補償每用戶下降的語音使用。因此，全世界的運營商正把他們2G語音為導(dǎo)向技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)升級至 3G 和 4G技術(shù)，使他們能夠提供高速，寬帶無線數(shù)據(jù)服務(wù)給消費者和商業(yè)用戶。CDMA/EVDO及 WCDMA/HSPA是 3G部署范圍最廣泛的兩種技術(shù)。此兩種技術(shù)取決于碼分多址(CDMA)數(shù)字無線技

2、術(shù)，使許多用戶可以有效地利用同一塊射頻頻譜中的語音和數(shù)據(jù)通訊。CDMA是種依靠獨特的“切代碼”分配給每個用戶的擴(kuò)頻射頻通信，以區(qū)別在相同 RF頻譜的其他使用者。 頻譜擴(kuò)充提高了信道容量， 并允許多個用戶使用運營商的完整帶寬。CDMA/EVDO網(wǎng)絡(luò)運營商使用 1.25MHz，而 WCDMA/HSPA網(wǎng)絡(luò)利用更廣泛的5MHz。數(shù)據(jù)傳輸率還可以在無線網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)一步增加高階調(diào)制，以提供更好的用戶體驗與無線數(shù)據(jù)。多頻段 CDMA和 WCDMA手機需要更大的射頻設(shè)計工作，以提供足夠的輸出功率並確保線性度和效率在每個頻帶的正常運作。設(shè)計通常包括一個功率放大器和有利每個頻段的雙工，RF濾波器和開關(guān)，以配合多個射

3、頻輸入至單一的天線。為了降低多頻段手機設(shè)計的復(fù)雜性，ANADIGICS硑發(fā)了雙頻CDMA和 WCDMA功率放大器模塊。通過在單一封裝中集成兩個功率放大器模塊，和之前使用兩個單獨功率放大器的DC和 RF 信號線設(shè)計相比，可有效減少電路板面積。本文將描述雙頻功率放大器模塊在CDMA/EVDO和 WCDMA/HSPA手機設(shè)計的典型應(yīng)用。本文將側(cè)重於ANADIGICSAWT6221在 UMTS第 2 和第 5 頻段，雙頻段 WCDMA/HSPA的手機設(shè)計應(yīng)用。 ANANDIGICS的 AWT6221曾榮獲由中國產(chǎn)業(yè)信息部頒發(fā)的信息化應(yīng)用、通信技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)秀成果奬 (2) 及 EDN創(chuàng)新奬 , 通信與網(wǎng)絡(luò)

4、的優(yōu)秀產(chǎn)品奬。AWT6221雙頻功率放大器大幅降低平均電流功耗高達(dá)75，並增加高達(dá)25的通話時間。ANADIGICS的 HELP3?功放，像是AWT6221功率放大器采用了該公司獨有的InGaP- Plus? 技術(shù)，在同一InGaPGaAs裸片中，集成了雙極和場效應(yīng)晶體管（FET）設(shè)備。通過可選的偏置模式，HELP3?功率放大器在低范圍和中端輸出功率水平中呈現(xiàn)了最佳的效率。智能偏置電路的功耗至八毫安 - 世界上最好的。 通過集成兩個獨立的功放鏈，超迷你AWT6221降在低功率水平中可降低電流AWT6221在這兩個頻段中提供卓越的性能，並節(jié)省印刷電路板面積。(圖1)ANADIGICS公司為受歡迎

5、的組合頻帶提供雙頻段WCDMA/HSPA功率放大器模塊，也為CDMA/EVDO應(yīng)用提供雙頻功率放大器模塊。更多信息可參考ANADIGICS公司（）。 ANADIGICS公司以已開發(fā)的參考設(shè)計產(chǎn)品， 幫助客戶更快， 更容易實現(xiàn)其設(shè)計目標(biāo)。在本文中我們將描述AWT6221(圖 2) 參考設(shè)計的優(yōu)勢。圖 1圖 2AWT6221是為雙頻段 WCDMA/HSPA的手機 UMTS頻段 2(824-849MH) 和頻段 5(1850-1910MHz）而開發(fā)的。 3GPP 技術(shù)規(guī)范了用戶設(shè)備第 3 級的功率 , 必需達(dá)到或超過這些最低性能水平（ 3）最大輸出功率 :+24dBm+1/-3dBm鄰道泄漏功率比(

6、ACLR)+/-5MHz:-33dBm鄰道泄漏功率比(ACLR)+/-10MHz:-43dBm最大諧波排放指定的頻率:30 1000MHz:-36dBm/100kHz 之間在 1-12.75GHz:-30dBm/1MHz 之間在 869 894MHz:-60dBm/3.84MHz 之間在 1930-1990MHz:-60dBm/3.84MHz 之間在 2100-2170MHz:-60dBm/3.84MHz 之間大部分 CDMA和 WCDMA網(wǎng)絡(luò)的頻分雙工系統(tǒng)，允許不同的射頻頻段分配給上行鏈路 （從移動到基站） 和下行（從基站到移動）同時間聯(lián)系。雙工器用于移動設(shè)備以允許 UL 和 DL 利用單一

7、的天線。 UMTS頻段 2 中，我們選擇 Avago 科技的微型FBAR雙工高 Q反應(yīng)的 ACMD-7403。針對 Band5，我們選擇Epcos 低損耗 SAW雙工的 B-7663 。該參考設(shè)計還包括 CP402A薄膜功率方向耦合器的耦合 AVX,為許多頂級 3G芯片組提供所需的射頻功率。AWT6221參考設(shè)計的發(fā)展起始於功放進(jìn)一步耦合與雙工S 參數(shù)的測量。在此測量上，零歐姆電阻被用來縮短電路板上的匹配元件( 圖 3) 。圖 3S 參數(shù)描述 N 端口每一個端口網(wǎng)絡(luò)反應(yīng)的的電壓信號。第一個數(shù)字的下標(biāo)指的是應(yīng)對口，而第二個數(shù)字指的是事件口。因此 S21 指信號端角線的參數(shù)被稱為反射系數(shù)，對角網(wǎng)絡(luò)

8、見下表：1 在口 2 造成的反應(yīng)。 S 參數(shù)來自行和列數(shù)量相等的矩陣口。沿S 矩陣對S 參數(shù)被稱為透射系數(shù)，因為他們只發(fā)生在單一端口。S 矩陣的二端口反射系數(shù) （S11）針對頻段2 和頻段 5 射頻路徑的頻率范圍來測試。系列的阻抗變化，其結(jié)果顯示于史密斯表格(圖 4,圖 5)。功率放大器于不符合電路的輸出形成一圖 4圖 5對于任何功率放大器，輸出阻抗在運作上有重大影響，并強烈的影響了轉(zhuǎn)移到天線，線性（ACLR）和運作效率的功率。像ANADIGICS廠商的功率放大器可幫助工程師做好權(quán)衡這些負(fù)載牽引信息。最佳輸出阻抗會被其他射頻鏈元件特點所影響，如雙工器和交換機并不總是50。變異頻率雙工特征頻段內(nèi)

9、的優(yōu)勢及運作溫度，在發(fā)展良好的WCDMA射頻設(shè)計中特別具挑戰(zhàn)性。( 圖 6, 圖 7)圖 6圖 7研發(fā) AWT6221參考設(shè)計的下一步是匹配雙工天線的阻抗，盡量減少在每個頻段阻抗的變化頻率。雖然簡單的二元件從理論上看有超過窄帶頻率的優(yōu)良表現(xiàn)，在更廣泛的帶寬中獲得良好的表現(xiàn)，并補償由于生產(chǎn)的公差和溫度的變化，或電壓造成的可預(yù)期變數(shù)，往往需要額外的符合要素。3 元件為兩種頻帶選擇的結(jié)果顯示于史密斯圖表。匹配的網(wǎng)絡(luò)大大降低了在雙工下的阻抗變數(shù)，從而簡化了可符合的其余電路。(圖 8,圖 9)圖圖圖 10研發(fā) AWT6221參考設(shè)計的再下一步是功率放大器和耦合器+雙工之間的配對。再次，針對頻帶2 和頻帶

10、 5，為射頻路徑的頻率范圍來測定的反思（S11）( 圖 10); 最終是要用于制定可符合在WCDMA運作中，每個頻段以最小的阻抗變數(shù)，優(yōu)化功率放大器性能要求的網(wǎng)絡(luò)。與以前一樣，3 元件網(wǎng)絡(luò)才能實現(xiàn)良好的效能; 結(jié)果顯示于圖 11, 圖 12 的史密斯圖表。圖 11圖 12最終成品參考設(shè)計符合WCDMA在頻段 2 和頻段 5 于室溫下的要求。此外，該匹配網(wǎng)絡(luò)在所有預(yù)期范圍內(nèi)，仍能保持性能規(guī)格的條件下，將變化的頻率，溫度和電源電壓減至最少(圖 13,圖 14)。圖 13圖 14本文中討論的參考設(shè)計可為新設(shè)計的3G 手機，數(shù)據(jù)卡，無線調(diào)制解調(diào)器和其他的WCDMA/HSPA設(shè)備提供有用的起點發(fā)展。在研發(fā)新的設(shè)計時，工程師需要考慮設(shè)計的重要功能要求，并考慮改變在這里討論的匹配網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)在輸出功率，線性度，效率和其他射頻參數(shù)的最佳權(quán)