降低手機(jī)射頻鏈路的功率消耗(07-100)

　　有些人說電池壽命是移動手機(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，他們也不愿意得到這些功能而放棄長通話的時間及待機(jī)時間。即便手機(jī)設(shè)計(jì)師延長了電池壽命, 他們正面臨“矛盾”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。

　　在移動電話中，驅(qū)動天線的功率放大器 (PA)是電池功率的最大消耗者。通過提高移動電話所有輸出功率等級的效率可以有效的減少功率消耗, 從而延長電池壽命。本文將介紹ANADIGICS 的CDMA 和 WCDMA 功放使用的HELPTM (低功率高效率)來滿足移動電話對功率的需求。

　　為了提高效率，首先要評估在城市和郊區(qū)的環(huán)境中大多數(shù)移動電話通信所需要的功率水平。對此，我們可以參考CDMA開發(fā)團(tuán)隊(duì)(CDG)發(fā)表的數(shù)據(jù)。CDG發(fā)表的功率級別分布圖表顯示在以上兩種環(huán)境下移動電話處于開啟狀態(tài)的多數(shù)時間里，大部分移動電話工作時的發(fā)射功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于最大發(fā)射功率。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)移動電話用戶打電話的時候通常都移動電話塔較近, 因此移動電話工作時只需要相對較低的輸出功率。例如，當(dāng)無線標(biāo)準(zhǔn)要求最大的輸出功率時大約為 +28 dBm，超過 80%通話的功率需求都少于 +10 dBm。遺憾的是，傳統(tǒng)的 PAs 在低功率級別工作時效率將大幅降低，這增加了電流消耗。在低功率級別工作時提高效率，能夠大幅延長電池的壽命。一個標(biāo)準(zhǔn)的WCDMA功放輸出+28dBm功率時效率為42%，輸出+16dBm時效率將大大降低，僅為8%，靜態(tài)電流大約為50 mA。

　　傳統(tǒng)射頻功放 是雙極 GaAs 器件，在高低功率水平間進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換，切換的門限是+16 dBm。一種常用的方法是使用外部 DC-DC 轉(zhuǎn)換器來切換功放的電壓，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,并浪費(fèi)了主板空間。ANADIGICS 的HELPTM PAs，基于其 InGaP- PlusTM 的專利技術(shù)，提供了一個更優(yōu)良和更廉價的解決方案。InGaP- PlusTM 允許電路設(shè)計(jì)師把高性能 HBTs 和高性能pHEMTs集成在同一個基底中。這種因此產(chǎn)生的BiFET 技術(shù)能利用HBT來構(gòu)建高線性放大器，使用 pHEMTs來構(gòu)建快速、低損耗的開關(guān)。使用 BiFET 技術(shù)的PA可以不使用外部轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)低輸出功率時效率的最大化。pHEMT 開關(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效率超過2倍，在16dBm時效率從 8%提高到 21%。由于效率的提高，平均的功率消耗將減少50% 。通過三種功率級別途徑的處理，第 3 代 HELP器件 (稱為HELP3)功率消耗降低多達(dá) 75% ，靜態(tài)電流也明顯減少，HELP技術(shù)使靜態(tài)電流從50mA降低到 15 mA, 而HELP3 的靜態(tài)電流僅為 7 mA(表1)。

　　表1. 顯示相關(guān)的三種 PAs 規(guī)范.