電源對(duì)移動(dòng)電話開(kāi)關(guān)頻譜的影響

摘    要：本文針對(duì)電源在研發(fā)和量產(chǎn)測(cè)試中對(duì)移動(dòng)電話開(kāi)關(guān)頻譜的影響，給出了在電路設(shè)計(jì)和測(cè)試設(shè)備設(shè)置上所需要注意的事項(xiàng)和應(yīng)該采取的措施。
關(guān)鍵詞：電源；移動(dòng)電話；開(kāi)關(guān)頻譜

隨著移動(dòng)電話市場(chǎng)的發(fā)展，移動(dòng)電話已經(jīng)成為目前國(guó)內(nèi)電子制造業(yè)最大的熱點(diǎn)。移動(dòng)電話是一個(gè)包含數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的復(fù)雜系統(tǒng)，在移動(dòng)電話的設(shè)計(jì)調(diào)試和批量生產(chǎn)中，會(huì)碰到各種各樣技術(shù)問(wèn)題。其中常見(jiàn)的問(wèn)題之一是移動(dòng)電話的開(kāi)關(guān)頻譜不能滿足ETSI標(biāo)準(zhǔn)的要求。在實(shí)際工作中，發(fā)現(xiàn)移動(dòng)電話使用的電源直接影響開(kāi)關(guān)頻譜的好壞。本文將簡(jiǎn)要介紹一下移動(dòng)電話電源對(duì)開(kāi)關(guān)頻譜的影響并給出具體的解決辦法。

基本概念
GSM移動(dòng)電話僅在八個(gè)時(shí)隙中的一個(gè)時(shí)隙發(fā)射信號(hào)，因此需要不斷切換功率放大器工作狀態(tài)。在發(fā)射信號(hào)時(shí)， GSM移動(dòng)電話需要打開(kāi)功率放大器，發(fā)射結(jié)束后將功率放大器關(guān)閉，從而減少手機(jī)功耗，延長(zhǎng)通話時(shí)間。為了減小功率放大器頻繁切換工作狀態(tài)而導(dǎo)致的對(duì)相鄰信道的干擾，ETSI標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定了對(duì)功率放大器的功率時(shí)間譜和開(kāi)關(guān)頻譜的要求。圖1是ETSI規(guī)范對(duì)功率時(shí)間譜的要求， 移動(dòng)電話在每一個(gè)時(shí)隙的輸出功率必須落在規(guī)定范圍(Time Mask)內(nèi)。
表1是ETSI規(guī)范對(duì)開(kāi)關(guān)頻譜的要求。在發(fā)射功率為31dBm的時(shí)候，距載波400kHz處開(kāi)關(guān)頻譜不得超過(guò) -21dBm，距載波600kHz處開(kāi)關(guān)頻譜不得超過(guò)-23dBm，距載波1200kHz處開(kāi)關(guān)頻譜不得超過(guò)-23dBm，距載波1800kHz處開(kāi)關(guān)頻譜不得超過(guò)-26dBm。
目前完整的手機(jī)解決方案的芯片部分主要包括基帶、電源控制、收發(fā)器和功率放大器。在這些器件中，基帶、電源控制和收發(fā)器的工作電流都比較小，約為幾十mA，而功率放大器的工作電流較大，峰值電流約為1~2A。并且功率放大器的工作模式為非連續(xù)方式，因此功率放大器所需電流為幅度較大的脈沖電流，圖2是功率放大器Vcc引腳電流波形。
功率放大器所需要的脈沖大電流對(duì)電源提出了較高的要求。如果電源不能夠提供功率放大器所需要的瞬時(shí)大電流，那么功率放大器就會(huì)異常工作，從而導(dǎo)致移動(dòng)電話的各項(xiàng)指標(biāo)惡化，表現(xiàn)之一就是開(kāi)關(guān)頻譜異常。

設(shè)計(jì)調(diào)試中的注意事項(xiàng)
圖3是移動(dòng)電話功率放大器的外圍電路圖，其中功率放大器的第4引腳接電源。為了保證功率放大器在工作狀態(tài)時(shí)獲得足夠的電流，通常在靠近功率放大器的第4引腳處并聯(lián)一個(gè)電容，電容的大小約為3.3mF或者 4.7mF。具體設(shè)計(jì)可以根據(jù)實(shí)際需要適當(dāng)增加電容值，但過(guò)大的電容不僅會(huì)增加成本，占用較大的印刷電路板面積。而且在增大到一定容值后，進(jìn)一步增加電容值將不再會(huì)顯著改善電源性能。此外，這個(gè)電容和功放的第4引腳在電路板上應(yīng)該盡量靠近，而且要用銅箔塊連接，以減少電容放電途徑的阻抗。在電容類(lèi)型的選取上，應(yīng)該選擇等效串連電阻和等效串連電感較小的電容。因?yàn)榈刃ТB電阻決定了電容器的最大放電電流，等效串連電阻和等效串連電感決定了放電速度(即脈沖電流的前沿上升時(shí)間)。如果使用這兩個(gè)數(shù)值大的電容是根本無(wú)效的，只有使用高頻電解電容、無(wú)感薄膜電容、獨(dú)石電容等才行。除了在功率放大器電源腳放置電容外，在印刷電路板布線的時(shí)候，還應(yīng)該注意盡量縮短電源線的長(zhǎng)度，過(guò)長(zhǎng)的電源線不僅增加了電壓損耗，而且會(huì)導(dǎo)致供電電壓的波動(dòng)。此外，功率放大器的電源線的寬度不應(yīng)該低于9mil，過(guò)于狹窄的電源線呈現(xiàn)出較大的阻抗，也會(huì)進(jìn)一步惡化電源的性能。
在印刷電路板布線時(shí)，如果不注意上述問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致功率放大器電源供電不足，從而引發(fā)開(kāi)關(guān)頻譜的惡化。在移動(dòng)電話調(diào)試過(guò)程中，如果開(kāi)關(guān)頻譜不能滿足ETSI要求，設(shè)計(jì)人員可以進(jìn)一步觀察移動(dòng)電話的功率時(shí)間譜。例如在最高功率等級(jí)的功率時(shí)間譜上，功率放大器穩(wěn)定輸出功率出現(xiàn)明顯下降的情況，那么有可能是功率放大器電源供電電流不能滿足功率放大器要求。設(shè)計(jì)人員可以從上述三個(gè)方面考慮改進(jìn)功率放大器電源電路的設(shè)計(jì)。

量產(chǎn)測(cè)試中的注意事項(xiàng)
在量產(chǎn)測(cè)試中，通常生產(chǎn)廠家不會(huì)采用真正的電池而是采用“假電池”。
由于移動(dòng)電話工作時(shí)，功率放大器所需電流為大幅度脈沖電流，在這種情況下，連接電源線的電感不可忽略。由于受到大幅度脈沖電流和電源線等效電感的影響，功率放大器Vcc管腳的實(shí)際電壓可以由下式表示：

其中，Vd是電源通路上的電壓降數(shù)值，R是電源通路的電阻值，I是電流，L是電源線的電感值，t是時(shí)間。
如果用示波器實(shí)際測(cè)試加在移動(dòng)電話上的電壓，會(huì)發(fā)現(xiàn)大量的毛刺， 如圖4所示。在實(shí)際生產(chǎn)中，嚴(yán)重的毛刺會(huì)導(dǎo)致功率放大器失效或被擊穿，而更多的情況下，這種電源的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致移動(dòng)電話的開(kāi)關(guān)頻譜惡化，從而使得被測(cè)試移動(dòng)電話不能通過(guò)生產(chǎn)測(cè)試。
針對(duì)上述問(wèn)題，可以從三個(gè)方面來(lái)改善測(cè)試生產(chǎn)線上移動(dòng)電話的供電電源的性能。首先要盡量縮短穩(wěn)壓電源和待測(cè)移動(dòng)電話之間的電源線長(zhǎng)度，通過(guò)減小電源線長(zhǎng)度來(lái)減小電源線的等效電感，從而減小毛刺的幅度。其次，可以在電源線靠近待測(cè)移動(dòng)電話的一端并聯(lián)一個(gè)大電容(鉭電容或電解電容)，電容值通常不小于3000mF，從而保證為功率放大器提供瞬時(shí)大電流。最后，在選擇移動(dòng)電話生產(chǎn)測(cè)試線上使用的穩(wěn)壓電源時(shí)，應(yīng)該充分考慮所選的型號(hào)是否能夠滿足測(cè)試時(shí)對(duì)供電電流的要求。
在量產(chǎn)測(cè)試中，如果較大比例的被測(cè)移動(dòng)電話不能通過(guò)開(kāi)關(guān)頻譜的測(cè)試，那么可以考慮檢測(cè)移動(dòng)電話電源波形或者直接換用真電池進(jìn)行測(cè)試。在使用真電池的情況下，如果待測(cè)移動(dòng)電話能夠通過(guò)測(cè)試，就需要檢查測(cè)試電源的設(shè)置，確保測(cè)試電源設(shè)置能夠滿足移動(dòng)電話功率放大器對(duì)大幅度脈沖電流的需要。■
參考文獻(xiàn)
1 Power Star Voltage Protection Application Note, RFMD, Jan, 2002
2 Minimizing Power Supply Transient Voltage at a Digital Wireless Telecommunications Products?Test Fixture, Jim Gallo, Ed Brorein, Agilent Tech, Inc.