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提高CDMA功放功率的方法
作者:阮干奇美国国家半导体公司
利用分贝数为线性的对数放大器射频功率检测器和高效率切换器来提高CDMA功放功率。
引言
在IS-95和CDMA2000系统中,射频功率放大器一般工作在距峰值功率或 1dB压缩点6至40dB 的回退点(back off)。(这意味着它工作在1dB压缩点以下6至40dB。)因此,射频功率放大器大多数时间处于极低效率状态。然而,射频功率放大器是手机中最大的功耗部件。研究表明,在常规手机应用中,射频功率放大器消耗的电量占全部功耗的20%至40%。
所以,我们知道降低射频功耗的极端重要性,只有这样才能实现更长的手机电池寿命,或更久的通话时间。
本文给出了一种简单的功率跟踪技术,用于提高射频功率放大器的效率。该技术采用了一个dB线性RF功率检测器, LMV225, 和一个直流-直流变换器开关。这种经改进的方法可通过一个直流-直流变换器,在两个不同输出功率级上切换射频功率放大器的DC供电电压(VCC)。射频功率检测器 LMV225可确定射频功率放大器的供电电压。现成的 CDMA 2000 射频功率放大器可以采用这种技术提高手机的能量效率。
射频功率放大器
射频功率放大器是此类应用的核心。射频功率放大器与直流-直流变换器一起组成功率放大器的效率改进电路。SKY77152 是市场上很常见的 CDMA2000 射频功率放大器产品。根据它的产品规格书,在 1dB 压缩点附近,它可以有 40% 以上的功率增加效率, PAE。
CDMA射频功率放大器通常有两个供电电压接脚,VCC和 VBIAS,如图 1 所示。另外还有一个参考电压接脚,通常称为 VREF。任何情况下 VREF 都必须是 。可以用将 VREF 置为地电平的办法关断功率放大器。大多数CDMA射频功率放大器都有两种工作模式:高功率模式和低功率模式,可用VCONT接脚设置功率放大器的工作模式。当射频输出信号为高电平时,CDMA射频功率放大器需要工作在高功率模式,以保持恰当的失真性能。如果输出信号电平相对较低,则可以将 CDMA RF功率放大器切换至低功率模式。但是,这种切换有个副作用,即两条讯号路径的相移不同。这可能会造成基频处理与校正的问题。
图 2 是当直流供电电压 VCC和 VBIAS均被降低时,CDMA射频功率放大器的典型 POUT与 PIN特性。图中显示,可以采用降低射频功率放大器直流供电电压的方法获得输出射频功率。
功率增加效率
直流至射频效率(或称功率增加效率,PAE)定义如下:
    (1)
而直流功耗的定义为:
(2)
尽管所有射频功率放大器厂家都以功率放大器在最大输出功率的峰值直流至射频效率作规格,但实际上射频功率放大器自身很少工作在这种峰值功率级上。而在手机应用中,高峰值功率在散发热方面有很重要的地位。另一方面,当输出射频功率较低时,射频功率放大器的PAE也会下降。
在电池供电的手机中,输出射频功率的概率分布(如图3所示)应被用作估算移动系统的平均效率来。这个平均效率表示了移动系统在实际工作中将电池能量转换为可用发射功率的能力。
如图 3 所示,大多数时候,IS-95手机的射频功率放大器的输出功率为少于 POUT = +15dBm。因此,在小信号级下提高射频功率放大器的PAE就很有意义。