雙頻功率放大器在CDMA和WCDMA設備上的應用

1、雙頻功率放大器在CDMA和WCDMA設備上的應用作者：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25-30的收入，為日本運營商貢獻高達38的收入。此無線數(shù)據(jù)服務，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語音為導向技術(shù)的網(wǎng)絡升級至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)字無線技術(shù)，使許多用戶可以有效地利

2、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頻射頻通信，以區(qū)別在相同RF頻譜的其他使用者。頻譜擴充提高了信道容量，并允許多個用戶使用運營商的完整帶寬。CDMA/EVDO網(wǎng)絡運營商使用1.25MHz，而WCDMA/HSPA網(wǎng)絡利用更廣泛的5MHz。數(shù)據(jù)傳輸率還可以在無線網(wǎng)絡中進一步增加高階調(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，以配合多個射頻輸入至單一的天線。為了降低多頻段手機設

3、計的復雜性，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手機設計的典型應用。本文將側(cè)重於ANADIGICSAWT6221在UMTS第2和第5頻段，雙頻段WCDMA/HSPA的手機設計應用。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75，並

4、增加高達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晶體管（FET）設備。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AWT6221降在低功率水平中可降低電流功耗至八毫安-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公司為受歡迎的組合頻帶提供雙頻段WCDMA/HSPA功率放大器模塊，也為CDMA/EVDO應用提供雙頻功

5、率放大器模塊。更多信息可參考ANADIGICS公司（）。ANADIGICS公司以已開發(fā)的參考設計產(chǎn)品，幫助客戶更快，更容易實現(xiàn)其設計目標。在本文中我們將描述AWT6221(圖2)參考設計的優(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)范了用戶設備第3級的功率,必需達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(ACLR)+/-5MHz:-33dBm鄰道泄漏功率比(ACLR)+/-10MHz:-43dBm最大諧波排放指定的頻率:301000M

6、Hz:-36dBm/100kHz之間在1-12.75GHz:-30dBm/1MHz之間在869894MHz:-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。雙工器用于移動設備以允許UL和DL利用單一的天線。UMTS頻段2中，我們選擇Avago科技的微型FBAR雙工高Q反應的ACMD-7403。針對Band5，我們選擇Epcos低損耗SAW雙工的B-7663。該參考設

7、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。AWT6221參考設計的發(fā)展起始於功放進一步耦合與雙工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)絡反應的的電壓信號。第一個數(shù)字的下標指的是應對口，而第二個數(shù)字指的是事件口。因此S21指信號端1在口2造成的反應。S參數(shù)來自行和列數(shù)量相等的矩陣口。沿S矩陣對角線的參數(shù)被稱為反射系數(shù)，對角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矩陣的二端口網(wǎng)絡見下表：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。功率放大器于不符合電路的

8、輸出形成一系列的阻抗變化，其結(jié)果顯示于史密斯表格(圖4,圖5)。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)的優(yōu)勢及運作溫度，在發(fā)展良好的WCDMA射頻設計中特別具挑戰(zhàn)性。(圖6,圖7)圖6圖7研發(fā)AWT6221參考設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

9、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。與以前一樣，3元件網(wǎng)絡才能實現(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)絡在所有預期范圍內(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計可為新設計的3G手機，數(shù)據(jù)卡，無線調(diào)制解調(diào)器和其他的WCDMA/HSPA設備提供有用的起點發(fā)展。在研發(fā)新的設計時，工程師需要考慮設計的重要功能要求，并考慮改變在這里討論的匹配網(wǎng)絡，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)衡。審查每