CDMA和WCDMA设备双频功放的运用

CDMA/EVDO 及WCDMA/HSPA 是3G部署范围最广泛的两种技术。此两种技术取决于码分多址（CDMA）数字无线技术，使许多用户可以有效地利用同一块射频频谱中的语音和数据通讯。CDMA是种依靠独特的"切代码"分配给每个用户的扩频射频通信，以区别在相同RF频谱的其他使用者。频谱扩充提高了信道容量，并允许多个用户使用运营商的完整带宽。CDMA/EVDO网络运营商使用1.25MHz，而WCDMA/HSPA网络利用更广泛的5MHz。数据传输率还可以在无线网络中进一步增加高阶调制，以提供更好的用户体验与无线数据。

多频段CDMA和WCDMA手机需要更大的射频设计工作，以提供足够的输出功率并确保线性度和效率在每个频带的正常运作。设计通常包括一个功率放大器和有利每个频段的双工，RF滤波器和开关，以配合多个射频输入至单一的天线。为了降低多频段手机设计的复杂性，ANADIGICS研发了双频CDMA和 WCDMA功率放大器模块。通过在单一封装中集成两个功率放大器模块，和之前使用两个单独功率放大器的DC和RF信号线设计相比，可有效减少电路板面积。本文将描述双频功率放大器模块在CDMA/EVDO和WCDMA/HSPA手机设计的典型应用。

本文将侧重于ANADIGICS AWT6221在UMTS第2和第5频段，双频段WCDMA/HSPA的手机设计应用。 ANANDIGICS的AWT6221曾荣获由中国产业信息部颁发的信息化应用、通信技术创新优秀成果奖。

和一般标准的功率放大器相比，AWT6221双频功率放大器大幅降低平均电流功耗高达75％，并增加高达25％的通话时间。

ANADIGICS的HELP3功放，比如AWT6221功率放大器采用了该公司独有的InGaP - Plus技术，在同一BiFET晶圆片中，集成了HBT及pHEMT设备。通过可选的偏置模式， HELP3功率放大器在低范围和中端输出功率水平中呈现了最佳的效率。智能偏置电路的AWT6221降在低功率水平中可降低电流功耗至8mA。通过集成两个独立的功放链，超迷你AWT6221在这两个频段中提供卓越的性能，并节省印刷电路板面积，见图2。

图2. AWT6221参考设计

AWT6221是为双频段WCDMA/HSPA的手机UMTS频段2(824-849MH)和频段5(1850 -1910MHz）而开发的。3GPP技术规范了用户设备第3级的功率,必需达到或超过这些最低性能水平。

• 最大输出功率: +24dBm +1/-3 dBm
• 邻道泄漏功率比(ACLR) +/- 5MHz: -33dBm
• 邻道泄漏功率比(ACLR) +/- 10MHz: -43dBm
• 最大谐波排放指定的频率: 30 – 1000MHz: -36dBm/100kHz之间

ο 在 1 -12.75GHz: -30dBm/1MHz之间
ο 在869 – 894MHz: -60dBm/3.84MHz之间
ο 在 1930-1990MHz: -60dBm/3.84MHz之间
ο 在 2100-2170MHz: -60dBm/3.84MHz之间

大部分CDMA和WCDMA网络的频分双工系统，允许不同的射频频段分配给上行链路（从移动到基站）和下行（从基站到移动）同时间联系。双工器用于移动设备以允许UL和DL利用单一的天线。UMTS频段2中 ，我们选择Avago科技的微型FBAR双工高Q反应的ACMD - 7403。针对Band 5，我们选择Epcos低损耗SAW双工的B - 7663。该参考设计还包括CP402A薄膜功率方向耦合器的耦合AVX,为许多顶级3G芯片组提供所需的射频功率。

AWT6221参考设计的发展起始于功放进一步耦合与双工S参数的测量。在此测量上，零欧姆电阻被用来缩短电路板上的匹配元件，见图3。

S参数描述N端口每一个端口网络反应的的电压信号。第一个数字的下标指的是应对口，而第二个数字指的是事件口。因此S21指信号端1在口2造成的反应。S参数来自行和列数量相等的矩阵口。沿S矩阵对角线的参数被称为反射系数，对角S参数被称为透射系数，因为他们只发生在单一端口。S矩阵的二端口网络见下表：

反射系数（S11）针对频段2和频段5射频路径的频率范围来测试。功率放大器于不符合电路的输出形成一系列的阻抗变化，其结果显示于史密斯表格见图 4、图5。

图4. Cell Band: PA output to Antenna Port without Matching

图5. PCS Band : PA output to Antenna Port with(out) Match

对于任何功率放大器，输出阻抗在运作上有重大影响，并强烈的影响了转移到天线，线性（ ACLR ）和运作效率的功率。像ANADIGICS厂商的功率放大器可帮助工程师做好权衡这些负载牵引信息。最佳输出阻抗会被其他射频链元件特点所影响，如双工器和交换机并不总是50Ω。变异频率双工特征频段内的优势及运作温度，在发展良好的WCDMA射频设计中特别具挑战性，见图6、图7。

研发AWT6221参考设计的下一步是匹配双工天线的阻抗，尽量减少在每个频段阻抗的变化频率。虽然简单的二元件从理论上看有超过窄带频率的优良表