通過控制CDMA/WCDMA蜂窩電話中RF功率放大器的電源電壓，您可以提高PA效率，最大限度地減少熱量，并顯著延長電話的數(shù)據(jù)/通話時間。

為了滿足 IS95/3GPP 擴頻標準中對線性度和相鄰信道功率比 （ACPR） 的嚴格規(guī)范，CDMA/WCDMA1 無線手機需要高度線性的 A 類或 AB 類射頻功率放大器。然而，當Po = 28dBm時，這種類型的PA的功率附加效率（PAE）最大值僅為35%左右，對于較低的功率水平，則要低得多。

PA 在語音模式下不連續(xù)運行。當電話用戶不說話時，它會以一半的速率（50% 的時間）或八分之一的速率運行，因此不必擔心電話在語音模式下會發(fā)熱。但是，在數(shù)據(jù)模式下，PA連續(xù)運行，直到數(shù)據(jù)傳輸完成。低PA效率和連續(xù)PA操作的結合導致電池快速耗盡，由此產(chǎn)生的內(nèi)部功耗也會使手機過熱。

功耗是支持高速數(shù)據(jù)傳輸服務的早期WCDMA手機的主要問題。它迫使設計人員包括更大面積的散熱器、更多的冷卻氣流和更大容量（更大）的電池。如果他們沒有克服功耗問題，今天的手機將是笨重的。幸運的是，過去幾年通過顯著提高CDMA/WCDMA手機的PA功率效率，緩解了這個問題。

如何降低PA功率？

在CDMA/WCDMA系統(tǒng)中，PA的RF功率輸出并不總是處于最大值。為了優(yōu)化小區(qū)容量（基站可以處理的同時傳輸次數(shù)），每部移動電話控制其射頻輸出功率，以便每部手機在基站接收的有效信噪比水平相同。給定區(qū)域中許多電話的RF輸出功率電平的概率分布表明，典型CDMA/WCDMA電話的平均輸出功率在郊區(qū)條件下約為+10dBm，在城市條件下約為+5dBm。因此，提高PA效率的有用目標不是最大功率電平，而是+5dBm至+10dBm的近似范圍。

如圖1所示，CDMA/WCDMA功率放大器需要兩個電源電壓。V裁判為內(nèi)部驅(qū)動器和功率放大器級提供偏置，V抄送偏置驅(qū)動器和功率放大器的集電極。通過調(diào)節(jié)這兩個電壓，可以降低PA電源電流。

圖1.用于CDMA/WCDMA手機的典型功率放大器。

減少VREF

當傳輸零RF功率時，PA本身在消耗100mA的典型靜態(tài)電流時VREF = 3.0V and VCC = 3.4V。減少VREF從3.0V到2.9V會導致靜態(tài)電流下降約20mA。因此，通過降低VREF，可以顯著節(jié)省PA靜態(tài)電流，但不低于PA線性度和ACPR開始失效其規(guī)格的點。

如果有實驗數(shù)據(jù)給出最小VREF支持為PA槽的每個輸出功率電平所需的電壓，可以主動耦合V的控制裁判通過 PA 的功率控制過程。如果這種方法太難，可以簡單地在V中實現(xiàn)兩步更改裁判對應于低功耗模式（< 10dBm）和高功率模式（> 10dBm）。要調(diào)整 V裁判通過基帶控制DAC，使用具有高輸出電流能力的低功耗運算放大器以及外部增益設置。

降低集電極偏置電壓

在典型的無線手機中，PA V抄送直接從單節(jié)鋰離子電池供電，從而產(chǎn)生工作電壓抄送范圍為 3.2V 至 4.2V。如上所述，統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，CDMA/WCDMA PA大部分時間的工作功率水平為+5dBm至+10dBm。在這些電平下，可以降低PA集電極偏置電壓（V抄送），而不會損失PA的線性度，同時降低集電極偏置裕量過大的功率損耗。基于低功率水平的實驗測試，可以保持與基站的正常通信，同時將PA集電極偏置一直降低到0.6V。

PA集電極的可變偏置電壓由專門設計的高效DC-DC降壓轉換器提供。該轉換器的輸出電壓使用基帶處理器的專用DAC輸出進行調(diào)整。

DC-DC 轉換器控制 PA 功率和 PAE

控制PA集電極電壓的DC-DC轉換器必須快速響應控制信號。通常，轉換器的輸出電壓應在基帶處理器的模擬控制電壓發(fā)生變化后30ms內(nèi)穩(wěn)定到新目標電壓的90%以內(nèi)。轉換器芯片在其VCC-之間提供適當?shù)膬?nèi)部增益控制輸入和偏置PA集電極的輸出電壓。它還以高頻開關，從而減小了電感的物理尺寸。

在PA和電池之間連接DC-DC轉換器突出了一個問題，即在低電池電壓下對高RF功率的需求。為了提供 28dBm RF 功率，同時保持 PA 線性度的規(guī)格，PA 制造商建議最低 VCC 3.4V。為了將35%的PAE保持在3.4V，還需要一個530mA的高PA集電極電流：

28dBm 射頻功率：102.8mW = 631mW
所需 PA 功率 （VCC x ICC）： 631mW/（PAE/100） = 1803mW
所需PA ICC at 3.4V VCC: ICC= 1803mW/3.4V = 530mA

支持 3.4V VCC和 530mA I抄送，用于PA電源的DC-DC轉換器需要一定的輸入到輸出裕量。例如，如果轉換器內(nèi)部p溝道MOSFET（P-FET）的導通電阻為0.4Ω，電感電阻為0.1Ω，則這兩個串聯(lián)元件上的壓降將為（0.4Ω+0.1Ω）x530mA = 265mV。因此，當電池電壓降至3.665V以下時，DC-DC轉換器無法支持3.4V輸出。

在這種情況下（電池電壓低于3.665V），最好將PA集電極短接到電池。否則，無法訪問鋰離子電池的全部容量。通常，解決方案是通過并聯(lián)一個低Rds（on）P-FET來旁路電感器和內(nèi)部P-FET。該旁路 P-FET（可以是內(nèi)部或外部）在高功率模式下將電池電壓直接連接到 PA 集電極（圖 2）。對于高射頻功率和低電池電壓的組合，這種旁路措施是必須做的。

圖2.DC-DC 轉換器（中間 IC）允許基帶處理器嚴格控制 V抄送用于功率放大器。

優(yōu)化PAE的最佳方法是連續(xù)調(diào)整PA集電極偏置。然而，這種方法需要工廠校準和復雜的軟件，以確保在集電極偏置不斷變化的情況下具有良好的PA線性度和ACPR。下一個最佳方法是分一系列步驟改變偏置電平，通常為兩到四個（圖3）。例如，一個四步系統(tǒng)可能包含抄送值 V巴特、1.5V、1.0V 和 0.6V。這種系統(tǒng)的整體效率幾乎與連續(xù)控制PA集電極偏置的系統(tǒng)一樣好，對于中低功率電平，電感器只需要支持小于150mA的峰值電流。

圖3.DC-DC轉換器為圖2所示的功率放大器提供最大的功率附加效率（PAE）。

審核編輯：郭婷