【無(wú)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(shuō)電池壽命是移動(dòng)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(zhǎng)通話的時(shí)間及待機(jī)時(shí)間。即便手機(jī)設(shè)計(jì)師延長(zhǎng)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(méi)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(jì)廠商上，更低的功率消耗，允許更好的功率管理。在移動(dòng)電話中，驅(qū)動(dòng)天線的功率放大器(PA)是電池功率的最大消耗者。通過(guò)提高移動(dòng)電話全部輸出功率等級(jí)的效率可以有效的削減功率消耗,從而延長(zhǎng)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)滿意移動(dòng)電話對(duì)功率的需求。為了提高效率，首先要評(píng)估在城市和郊區(qū)的環(huán)境中大多數(shù)移動(dòng)電話通信所需要的功率水平。對(duì)此，我們可以參考CDMA開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)(CDG)發(fā)表的數(shù)據(jù)。CDG發(fā)表的功率級(jí)別分布圖表顯示在以上兩種環(huán)境下移動(dòng)電話處于開(kāi)啟狀態(tài)的多數(shù)時(shí)間里，大部分移動(dòng)電話工作時(shí)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(dòng)電話用戶打電話的時(shí)候通常都移動(dòng)電話塔較近,因此移動(dòng)電話工作時(shí)只需要相對(duì)較低的輸出功率。例如，當(dāng)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)要求最大的輸出功率時(shí)大約為+28dBm，超過(guò)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(jí)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(jí)別工作時(shí)提高效率，能夠大幅延長(zhǎng)電池的壽命。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(mén)限是+16dBm。一種常用的方法是使用外部DC-DC轉(zhuǎn)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(gè)更優(yōu)良和更廉價(jià)的解決方案。InGaP-PlusTM允許電路設(shè)計(jì)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(gòu)建高線性放大器，使用pHEMTs來(lái)構(gòu)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(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)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，平均的功率消耗將削減50%。通過(guò)三種功率級(jí)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(dòng)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(shí)，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(shí)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(dòng)放大器)。以下是在通話模式下，三種方案的電流消耗：1.移動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jí)的性能都要考慮在內(nèi)。無(wú)論如何,功放的基本性能必需符合規(guī)范。在滿意