新型HELP技術(shù)與開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器在3G手機(jī)中的應(yīng)用

　?、?作為負(fù)載的功放及其特性

　　從雙極工藝的固定增益WCDMA功率放大器的負(fù)載曲線所知，在峰值發(fā)送功率時(shí)，功率需要3.4V的供電電壓，并消耗掉300mA～600mA的電流。在最低發(fā)送功率時(shí)，也就是當(dāng)靠近基站并且只發(fā)送話音時(shí)，功放僅吸取30mA的電流和0.4V～1V的電源電壓。對(duì)應(yīng)的功放消耗功率分別為2040mW（最大值）和12mW（最小值）。針對(duì)具有此類負(fù)載特性的功放，要對(duì)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器進(jìn)行優(yōu)化并非易事，而MAX1821 WCDMA蜂窩電話降壓型調(diào)節(jié)器能滿足這種要求。

　　除上述以外，MAX1821區(qū)別于其它類型的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的特殊性能如下：

　　其一是在很寬負(fù)載范圍內(nèi)具有高效率。沒(méi)有高效率采用開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器就失去意義，因此，高效率和省電是MAX1821的主導(dǎo)設(shè)計(jì)思想。其二是輸出電壓的快速轉(zhuǎn)變和建立（30μs）。

　　在WCDMA系統(tǒng)架構(gòu)中，發(fā)送功率需要根據(jù)基站的要求，每666μs向上或向下調(diào)節(jié)1dB，以跟隨WCDMA功放的發(fā)射功率電平。此外，每隔10ms，手機(jī)會(huì)發(fā)生大幅度的發(fā)送功率跳變。其三是穩(wěn)定工作于9.5%～100%PWM占空比和低壓差。假設(shè)手機(jī)由單節(jié)鋰離子電池(4.2V-2.7V)供電，那么輸入開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的電壓范圍大約是4.2v～2.7v，為了獲得可預(yù)知的噪聲頻譜和低輸出紋波，應(yīng)該盡量采用恒定的開(kāi)關(guān)頻率，MAX1821的強(qiáng)制PWM工作模式在電池完全充電至4.2v且要求功放電源電壓為0.4v時(shí)，可穩(wěn)定工作于最低至9.5%的占空比。

　　3 基于HELP技術(shù)可提高移動(dòng)通信終端省電方案

　　3.1 HELP技術(shù)

　　HELP技術(shù)是將功率控制功能集成到功放模塊上，是半導(dǎo)體集成InGaP-Plus技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。

　　其ANADIGICS的InGaP-Plus技術(shù)，通過(guò)使用多條增益鏈路來(lái)設(shè)計(jì)功率放大器，以解決功放的優(yōu)化問(wèn)題。該技術(shù)允許在同一晶體上分別優(yōu)化高性能的射頻開(kāi)關(guān)和功率放大器。使用這項(xiàng)技術(shù)提供了第一個(gè)3x3mm單頻（如AWT*1型）和3x5mm雙頻（如AWT6221型）WCDMA低功率高效率功率放大器。使得功放在不同功率水平可以進(jìn)行獨(dú)立的優(yōu)化。采用ANADIGICS的HELP技術(shù)，不需要外部電壓調(diào)節(jié)器或DC/DC轉(zhuǎn)換器即可提供低功耗。而InGaP-P1us技術(shù)是集成虛同晶高電子遷移率場(chǎng)效應(yīng)管(圖4左所示G S/D場(chǎng)效應(yīng)管)和異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(圖4右所示EBC雙極晶體管)在同一個(gè)晶片上，實(shí)現(xiàn)了兩路功放的多級(jí)優(yōu)化。兩路功放的多級(jí)優(yōu)化具體分析如下。

　　圖4 為HELP(高效率低功率)技術(shù)示意圖

　　將高性能的射頻開(kāi)關(guān)共存在相同的晶體上，該工藝可以用于設(shè)計(jì)多種增益鏈路的功放，并可以為每一增益鏈路進(jìn)行獨(dú)立的線性度和效率優(yōu)化。InGaP-Plus技術(shù)是將低功率高效率設(shè)計(jì)成一個(gè)雙狀態(tài)(高功率與低功率)功放，獲得功放的最優(yōu)性能。其InGaP-Plus技術(shù)的功放可在內(nèi)部對(duì)高功率和低功率進(jìn)行優(yōu)化。

　　使用于InGaP-Plus技術(shù)己設(shè)計(jì)出低功率高效率3型(HELP3)功放，通過(guò)內(nèi)部?jī)?yōu)化可延長(zhǎng)手機(jī)通話時(shí)間超過(guò)25%。當(dāng)然，像單一鏈路功放一樣，也可搭配一個(gè)外部DC/DC轉(zhuǎn)換器節(jié)省更多電流。但是額外電流的節(jié)省是不值得的，相比會(huì)增加費(fèi)用和電路板面積。

　　低功率高效率3型功放，己特別推出了三增益狀態(tài)，允許分別優(yōu)化三種不同的功率等級(jí)。例如，可優(yōu)化高功率增益(通常大約28dBm)，16dBm的*率增益以及在7dBm的低功率增益。此制程在低功率等級(jí)達(dá)到低于7mA的靜態(tài)電流，比單一鏈路功放中典型的50mA的靜態(tài)電流要小得多。

　　3.2 應(yīng)用InGaP-Plus技術(shù)的的WCDMA功放模塊靜態(tài)電流和效率對(duì)比數(shù)據(jù)舉例

　　以AWT*1與AWT6221R兩種型號(hào)為代表，均是根據(jù)先進(jìn)的InGaP-Plus技術(shù)制造，具備質(zhì)量可靠、溫度穩(wěn)定、耐用性佳等良好性能。

　?、?AWT*1是雙重運(yùn)作模式。在高功率及中/低功率輸出時(shí)，提供了最佳效能，關(guān)機(jī)模式與低漏電壓設(shè)計(jì)，增加手機(jī)的通話與待機(jī)時(shí)間。其自載的3mmx3mmx1mm表面封裝包含了配對(duì)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的輸出功率、50Ω系統(tǒng)的效率和線性度。AWT*1為波段1，低功率(16dBm)的靜態(tài)電流(ICQ)及效率為7mA/24%，尺寸是3×3mm。

　?、?AWT6221R產(chǎn)品是為手機(jī)業(yè)Cingular的北美WCDMA雙模蜂窩網(wǎng)絡(luò)手機(jī)的需求而布局。3mmx5mmx1mm，符合RoHS包裝的表面封裝機(jī)體，包含獨(dú)立的射頻功率放大路徑，確保雙波段的最佳性能。與2個(gè)單頻的功率放大器相比較，足足節(jié)省25%的印刷電路板面積。制造商選用封裝針腳，能夠輕易發(fā)送VCC到功率放大器和一般VMODE的簡(jiǎn)易控制針腳。AWT6221，為波段2+5，低功率(16dBm)的靜態(tài)電流(ICQ)及效率對(duì)波段2為7mA/18%，波段5為7mA/22%，尺寸是3×5mm。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　上述是采用開(kāi)關(guān)型降壓調(diào)節(jié)器在功放與InGaP-Plus技術(shù)的HELP功放的應(yīng)用方案，具有發(fā)送效率提高和節(jié)電效果。當(dāng)然這種方案同樣也可用于其它的3G標(biāo)準(zhǔn)和更多不同的終端設(shè)備，使小型化、個(gè)性化的數(shù)據(jù)手機(jī)及無(wú)線移動(dòng)運(yùn)算的理想成為現(xiàn)實(shí)。

　　如今低功率高效率技術(shù)功放與朝向低電壓邏輯的移動(dòng)手機(jī)制造商并駕齊驅(qū)。新型號(hào)的HELP3功放以1.8V邏輯電壓設(shè)計(jì)。這些功放將提供更長(zhǎng)的通話時(shí)間，并進(jìn)一步減少靜態(tài)電流少于4mA。