基于开关调节器技术以提高发3G手机发送效率

当今已是第三代移动通信(3G)时代，手机设计人员正忙于开发新的方案，以解决具有wcb浏览、无线收发电子邮件、拍照以及流送视频等多种功能高速 数据传输所带来的一系列新问题。其日益增加的压力是将上述功能合并到一个尺寸不断减少的外壳中，并同时提供更长的工作时间。尤其是必需传输更高的功率和更 优的线性度及更好的效率。

最重要的是，手机必须有更长的通话时间，因为用户需要耗费更多时间使用他们的手机。也就是说日益增加的特性是应在低输出电压上对 可变功率作驱动而实现。但影响电池工作时间的一个重要因素是电源效率及系统电源管理。以往，手机中用于发送信号的功率放大器(PA)由电池直接驱动，虽简 单但效率不佳。而当今最关键的是高速数据传送要求具有更高的带宽和发送功率。因此，为保持足够长的电池工作时间，目前已有新的驱动力来重新思考更多地采用 开关调节器类型的选择。由此采用基于独特的开关调节器技术，将是一种有效方案。

然而需要特别指出的是，在过去几年中手机用电池技术虽有不断改进，但是仍然落后于功能扩展的需求。为此，设计人员必须用减少手机功耗来满足高功率输 出和更长通话时间的需求，即靠手机中的半导体设备来实现。由于功率放大器(PA)是当前庞大需求的一个组件，因此立足于通过从功率控制来减少电流消耗，即 高效率低功率(HELP)技术，是一种很有效的设计方案。

基于上述二种理念，有多种设计方案可先后应用。本文将从技术发展的迸程，仅以下列二种新技术方案为例作研讨。

⑴ 采用一种高度专门化设计的降压型DC-DC开关调节器来驱动功率放大器。这是当今越来越广泛受到蜂窝电话制造商们非常青睐的一种方案。当然，通过增加外部 的DC/DC转换器和偏置电压控制可以优化单链路功放在低功率输出时的效率，以达到增长通话时间。但是一个DC/DC开关调节器技术也必将带来增加手机的 尺寸及成本，将使手机设计变复杂，因为手机必须在不同的模拟控制状态下进行校准。于是就有了第二个设计方案开发与应用。

⑵ 将众多的功率控制功能集成到功放模块上，其集成功率控制功能不仅仅强调当前功耗的问题，并提供了更有效的手机设计方法。该芯片集成允许手机设计人员不使用 单独的DC/DC转换器和旁路电容，来优化功率管理和获取更长的通话时间。该控制功放功耗的一种方案是在较宽的输出功率范围内提高效率，就是基于优化低功 率输出的需求。因为手机大部分时间工作在低功率水平，大约在-4dBm的功率级。假设在PA和天线之间的电路损失大约为3dB，那么PA的输出功率大约为 -ldBm。在低功率级(低于0dBm)，功放主要消耗的是静态电流。在-ldBm输出功率时，功放的静态电流通常约为50mA。通过在低功率级减少静态 电流提高功放效率，设计人员可以大量减少功率损耗。然而直到最近，该方法还是有缺陷的，因为用于手机的典型双状态的单链路PA只能在最大额定功率下进行优 化，这使得手机在低功率水平下工作时的效率很低。

2 基于开关调节器技术以提高发3G手机发送效率的设计方案

从最先进3G手机基本架构所知，其日益增加的特性对可变功率驱动提出新要求。如对图像处理的应用处理器，在视频捕捉期间需要高达360mW的功率， 会很快耗尽电池的能量。于是电源效率及系统电源管理就成为影响电池一个重要因素。由于电源转换过程中会发热，就是独特的开关调节器技术引入的必然。如今已 有新的驱动力并具有较高工作效率的开关调节器可选择。值此以扩展频谱技术的低噪声开关调节器与低压差、脉宽调制DC-DC降压开关调节器为例，对提高手机 发送效率的设计方案作分析。

2.1 采用扩展频谱技术的低噪声开关调节器

在最先进的3G手机中，所有部件都如此密集以至于不存在这种严重噪声干扰可能性。况且由于成本及尺寸原因，采取屏蔽措施又不现实。采用开关调节器的 其中一个代价是有可能产生谐波噪声。但已成功使用的一项技术是使DC/DC转换器的系统时钟伪随机抖动，这种力法及其所实现的扩展频谱运作使开关频率受一 个伪随机数(PRN)序列调制，以减少窄带谐波。这其实是将噪声"分散"到整个频率范围上，而不是集中在分别的谐波上。由于扩频噪声的峰值限度要低许多， 故可极大地降低干扰。尽管这种方法中过去已成功地用分立组件实现，但工艺的改进已允许将扩频技术包含到"更新的"DC/DC转换器中，从而可节省极大的空 间。以LTC3251开关调节器为例作说明。

在芯片上实现扩频工作的一款IC LTC3251是输出电流达500mA的高效、低噪声及无电感器型降压DC/DC转换器。LTC325l的扩频振荡器被设计