新型HELP技术与开关调节器在3G手机中的应用

图1为LTC3251是引脚功能与应用示意图

该开关调节器可避开线性稳压器的效率缺点，通过低阻抗开关及-个磁性存储组件，可提供高达96%的转换效率，故可极大地减少转换过程中的功率损失。通过在较高的开关频率(譬如大于2MH2)工作，可极人地减少外部电感器及电容器的尺寸。该开关调节器对最新3G手机而言是很有效的系统电源管理，例如用于图像处理的应用处理器上。

2.2 用低压差、脉宽调制(PWM)DC-DC降压转换器提高发送效率的方案

⑴ 低压差、脉宽调制(PWM)DC-DC降压转换器MAX1821可为WCDMA手机功率放大器(PA) 供电设计，当然，它也可以用于其它需要优先考虑高效率的应用。供电电压范围2.6V～5.5V，保证输出电流达600mA，1MHz PWM开关频率允许采用小尺寸外部元件，跳频模式使轻载静态电流降低至180?A。MAX1821可以动态控制，提供0.4V～3.4V的输出电压范围。在电压和电流的满量程范围内，该电路的设计能够保证在<30?s内建立输出电压。MAX1821通过外部电阻设置输出电压，提供 1.25V～5.5V固定输出电压范围。

MAX1821具有一个低导通电阻的内部MOSFET开关和同步整流器，大大提高了转换效率、减少了外部元件数；100%占空比在600mA负载下(包括外部电感电阻在内)允许压差仅有150mV。图2(a)所示为基于开关调节器技术以提高发送效率的设计框图。

图2 (a) 基于开关调节器技术以提高发送效率的设计框图，（b）基站收发器系统(BTS)部件基站收发器系统(BTS)部件包括天线、无线电收发器、信号处理系统以及支持、控制硬件和软件，见图2（b）所示。

对于广域蜂窝站，接收器-般通过双上器模块和塔顶部件连接到天线。塔顶部件由低噪声放大器(LNA)组成，在发送端天线前馈连高功率放大器(HPA)。从图2(a)中可看出，实际上是在电池与WCDMA功率放大器(PA)中嵌入MAX1821降压型开关调节器，也组成了1MHZ脉宽调制降压转换器，其PWM开关频率为1MHZ。

⑵开关调节器为WCDMA功放优化配置，有利于提高发送效率的运行

实际上，重点是从系统性能的角度对特殊用途的MAX1820开关调节器有些什么样的特殊性能作分析，从而优化配置的运行也显而易见了。

从图2(a)可以清楚地看出，利用MAX1821这样的高效率开关调节器能动态地调整WCDMA功率放大器的供电电压，并使其跟随功放的发送功率而变化，又刚好能满足射频信号的幅度要求。既可以提高电源的利用率，又减少了功率浪费。采用开关调节器高效率地实现这种调节，在峰值发送功率以外的任何工作条件下，都可大幅度地节省电池功率，见图3所示。

图3高效率开关调节器大幅度地节省电池功率图

因为峰值功率只有在手机远离基站/或数据传送时需要.。从总体来讲，这种方案的省电效果是非常显著的。如果功放的供电电压能够在一个足够宽的范围内高效率地动态调节，那么，就有可能采用固定增益的线性功放，省掉目前广泛应用于3G时代前电话的偏置控制。
⑶ 作为负载的功放及其特性

从双极工艺的固定增益WCDMA功率放大器的负载曲线所知，在峰值发送功率时，功率需要3.4V的供电电压，并消耗掉300mA～600mA的电流。在最低发送功率时，也就是当靠近基站并且只发送话音时，功放仅吸取30mA的电流和0.4V～1V的电源电压。对应的功放消耗功率分别为2040mW（最大值）和12mW（最小值）。针对具有此类负载特性的功放，要对开关调节器进行优化并非易事，而MAX1821 WCDMA蜂窝电话降压型调节器能满足这种要求。

除上述以外，MAX1821区别于其它类型的开关调节器的特殊性能如下：

其一是在很宽负载范围内具有高效率。没有高效率采用开关调节器就失去意义，因此，高效率和省电是MAX1821的主导设计思想。其二是输出电压的快速转变和建立（30μs）。

在WCDMA系统架构中，发送功率需要根据基站的要求，每666μs向上或向下调节1dB，以跟随WCDMA功放的发射功率电平。此外，每隔10ms，手机会发生大幅度的发送功率跳变。其三是稳定工作于9.5%～100%PWM占空比和低压差。假设手机由单节锂离子电池(4.2V- 2.7V)供电，那么输入开关调节器的电压范围大约是4.2v～2.7v，为了获得可预知的噪声频谱和低输出纹波，应该尽量采用恒定的开关频率，MAX1821的强制PWM工作模式在电池完全充电至4.2v且要求功放电源电压为0.4v时，可稳定工作于最低至9.5%的占空比。

3 基于HELP技术可提高移动通信终端省电方案

3.1 HELP技术

HELP技术是将功率控制功能集成到功放模块上，是半导体集成InGaP-Plus技术的实现。
其ANADIGICS的InGaP-Plus技术，通过使用多条增益链路来设计功率放大器，以解决功放的优化问题。该技术允许在同一晶体上分别优化高性能的射频开关和功率放大器。使用这项技术提供了第一个3x3mm单频（如AWT*1型）和3x5mm双频（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进行独立的优化。采用ANADIGICS的HELP技术，不需要外部电压调节器或DC/DC转换器即可提供低功耗。而InGaP-P1us技术是集成虚同晶高电子迁移率场效应管(图4左所示G S/D场效应管)和异质结双极晶体管(图4右所示EBC双极晶体管)在同一个晶片上，实现了两路功放的多级优化。两路功放的多级优化具体分析如下。