W-CDMA收發(fā)器的功率管理技術(shù)

目前已推出市場(chǎng)的幾款3G手機(jī)的使用時(shí)間都只有2小時(shí)到3.5小時(shí)，無(wú)法真正吸引終端用戶。真正的通話或連接時(shí)間實(shí)際上取決于手機(jī)與基站的連接質(zhì)量，以及連接期間數(shù)據(jù)內(nèi)容的密集程度。

為爭(zhēng)取更多的用戶，全球3G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施在2008年已加速部署，其中在美國(guó)和歐洲的發(fā)展尤其快速。好幾家運(yùn)營(yíng)商都推出了比較價(jià)廉的無(wú)限數(shù)據(jù)計(jì)劃，雖然這些計(jì)劃對(duì)在連接能力上有一定的限制，但卻增加了對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件的支持，比如視頻會(huì)議、互聯(lián)網(wǎng)語(yǔ)音 (VoIP)、簡(jiǎn)易郵箱 (easy email) 和互聯(lián)網(wǎng)瀏覽等，從而吸引用戶使用。

在硬件方面，針對(duì)低功率模式工作和城區(qū)通話服務(wù)，手機(jī)設(shè)計(jì)人員已設(shè)法對(duì)射頻收發(fā)器的功耗進(jìn)行優(yōu)化，特別是射頻功放 (RF Power Amplifier, RFPA) 的功耗。運(yùn)營(yíng)商提供的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在這種情況下，手機(jī)的傳送功率小于1mW。目前使用的RFPA中，大多數(shù)都具有低功率模式，當(dāng)射頻功率低于1mW時(shí)，其耗電量為10mA或更小。此外，它們還經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可在500mW左右時(shí) (最大射頻工作功率級(jí)) 獲得最佳功率附加效率 (Power Added Efficiency, PAE) (約為33%)。這時(shí)的問(wèn)題在于，RFPA功耗約為1W，會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的熱能，影響周圍組件的性能。圖1所示為PAE及功耗的典型變化與射頻工作功率級(jí)的關(guān)系。

圖1：雙模W-CDMA RFPA的附加功率效率 (PAE) 的圖示http://www.elecfans.com/article/84/119/2009/2009072279770.html

據(jù)3G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商提供的功率分布統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在城市地區(qū)，以語(yǔ)音功能為主手機(jī)有90%到 95%的時(shí)間都在1mW以下的功耗工作，這應(yīng)該使得這些條件下的通話時(shí)間達(dá)到5小時(shí)。

不過(guò)，當(dāng)連接的數(shù)據(jù)容量較大，或者用戶位于郊外或低覆蓋區(qū)域時(shí)，3G手機(jī)必須把發(fā)射功率提高到50mW以上，才能獲得良好的信噪比。在這類情形下，一個(gè)沒(méi)有經(jīng)過(guò)重新優(yōu)化的RFPA會(huì)在2.5小時(shí)或更短時(shí)間之內(nèi)就消耗掉電池的全部能量。

最佳的解決方案是采用一個(gè)由電壓控制的DC-DC轉(zhuǎn)換器來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)RFPA電源電壓，以便在每一個(gè)射頻功率級(jí)下都獲得盡可能高的功率效率。這項(xiàng)技術(shù)被稱為動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié) (Dynamic Voltage Scaling, DVS) 技術(shù) (圖2)。

圖2：利用DC-DC轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)3G 射頻功放動(dòng)態(tài)供電的圖示

圖中文字(上)： VBAT C DVS DCDC C VCC C WCDMA RFPA

(中): VBAT或電池電壓 C VCC 或RFPA 來(lái)自DCDC的電壓