2G至3.5G蜂窝移动设备的高效RF功率管理

条件下，使用和不使用 FAN5904的3G功率放大器的数据发送时间分析

图2和图3显示了在不同输出功率条件下一个3G PA分别在语音和数据传输模式下有、无FAN5904时所使用的工作时间的分析。在PA电源电压设定在邻近信道功率比（ACPR）为-39dBc时的值时，WCDMA的ACPR可以改善到-43dBc，但是电流消耗将会增加，导致效率降低。

表2: 在WCDMA信号调制下使用 FAN5904时，通话时间和数据使用时间方面的改善。
 

表2显示了图2和图3的结果，以及功率放大器只工作于高功率模式下相应的分钟数。在HSUPA、CDMA200 1x EV-DO和TD-SCDMA等不同信号调制模式下，电流消耗和通话时间都有类似的改善。这里把高功率模式工作的通话/数据使用时间一起显示的原因是：新技术不仅得到了更多的分钟数，从设计角度来看，亦简化了校准工作。当功率放大器具有多种功率模式时，固件必需适应何时从一个等级切换到下一个等级，因为在整个输出功率范围内，每个功率放大器的每种功率模式都存在独特的VPA-POUT曲线。由于现在大多数手机都支持至少三个频段，这意味着满足要求的系统中可能有三种3G功率放大器，所以增加了复杂程度。在处于一种功率模式的功率放大器中使用FAN5904，可以消除模式切换带来的复杂性，更快地进行功率放大器校准，因为需要的校准点较少。这样就缩短了测试/校准的时间，并且降低了制造成本，同时简化了设计过程。

图 4. POUT = 28dBm时3G功率放大器的热成像:

一个时常被忽视,但经常遭到抱怨的参数是耗热问题。在手持电话贴近头部进行通话，使用手机网上冲浪或者玩在线网络游戏时手机发热，大多数用户会因此而感到烦恼。问题的关键在于,设计人员在设计手机时必需将这一因素考虑在内。图4所示为某3G功率放大器的热成像，其中，(a)为使用FAN5904来供电；(b)为直接与电池连接；(c)为电池以4.2V电压充电。使用FAN5904时，在满输出功率情况下，功率放大器的温度几乎不可能达到50?C，在(b)和(c)的情况下，温度很容易达到50?C和65?C，使用一段时间后，手机会很快发热。在数据卡应用中，尤其是3G USB调制解调器卡开始流行，热耗散，或者说实现热耗散最小化变得十分重要。USB卡不能像手机那样有效地散热，因为它的体积非常小。由于3G调制解调器主要用于数据，功率放大器在大部分时间运行于"发热"状态。减少这种热量的最有效方式是使用诸如FAN5904的降压转换器。

FAN5904的一个关键特性是,支持3G功率放大器的6MHz开关频率和支持GSM/EDGE功率放大器模块的3MHz开关频率，可以使用小体积的电感和电容。FAN5904使用1008规格(2.5mm x 2.0mm)的0.47?H电感，分别使用10?F 0603和2.2?F 0603电容作为输入和输出电容，实现占位面积很小的PCB解决方案，并且没有影响降压转换器的效率。

大家是否注意到人们对移动设备，尤其是对智能手机的着迷程度到了何种地步？人们在用智能手机进行网络冲浪、查收和编写电子邮件、玩网络游戏或者更新社交网络等活动。所有这些活动，外加拨打语音电话，都要消耗电池的能量，从功率放大器(PA)到显示器和内核芯片组，它们要消耗大量的能量。最终，锂离子电池的体积也只能适当增加，以保证智能手机不至于过于笨重。

但是却有几种方式可以让用户感到满意，避免经常为智能手机充电，或者在不适当时间电池电能耗尽的现象出现。智能手机中功率放大器消耗的功率大约占总体30%，在网络覆盖情况较差的区域，这个比率会高达70%。一般要求智能手机和手机具有兼容前几代蜂窝网络协议的能力，现今大多数手机均具有所谓的HEDGE-enabled功能，这意味着它们能够支持HSUPA、HSDPA、WCDMA、EDGE、GPRS和GSM。换言之，3.5G(HSUPA和HSDPA)手机支持3G(WCDMA)和2G(EDGE、GPRS和GSM)技术。目前市场上还有支持CDMA2000 1x EV-DO和TD-SCDMA等3G蜂窝技术的其它手机，它们也消耗大量功率。

不论是3G还是2G，功率放大器都会消耗大量功率，所以需要一种有效的方法来获得更长的通话/工作时间。不论是在进行语音通话，还是将数据从手机发送到基站，功率放大器均要消耗功率。在接收效果较差的区域，则需要更高的输出功率水平，这就意味着更高的功率消耗。对于3G功率放大器和GSM/EDGE功率放大器模块(PAM)的EDGE部分而言，不仅需要特定水平的输出功率，还要求具有足够的线性度，以确保向基站发送信号的保真度。

对于功率放大器外围的技术，已经开发出两种有效方法：DC-DC转换器和包络跟踪。第一种方式是更为流行的解决方案，飞兆半导体公司用于2G/3G功率放大器的6W、3MHz/6MHz降压转换器FA