2G至3.5G蜂窝移动设备的高效RF功率管理

N5904就针对这种应用。该产品是为了支持GSM/EDGE PAM和3G/3.5G PA而专门设计，因为在手机中线路板空间十分珍贵，设计人员无需再使用两个独立的降压转换器。FAN5904支持从WCDMA到HSUPA+，以及世界流行的CDMA200 1x EV-DO等3G无线标准。此外，该器件还支持中国的3G标准TD-SCDMA，以及用于更高数据传输率的TD-SCDMA信号调制下的HSUPA。随着兼容GSM/EDGE、支持TD-SCDMA的"TEDGE"手机的出现，FAN5904将是一种理想的解决方案。

FAN5904与基带处理器和功率放大器配合工作，以达到降低功耗的目的。基带芯片组将会根据从基站接收到的信息来设定输出功率水平，然后将其转换成电源电压，以便FAN5904可以为功率放大器供电。图1的系统应用示意图显示了FAN5904与基带芯片组、射频收发器和功率放大器之间的接口情况。为了生成正确的、相应于输出功率的电源电压，要求基带芯片组的固件能够包含Tx AGC/POUT查找表(LUT)中的另一列内容。

图1. FAN5904与基带处理器、射频收发器和3G功率放大器以及GSM/EDGE功率放大器模块的系统应用示意图

表1所示为针对某个HEDGE手机的WCDMA和HEDGE端口，如何配置查找表(LUT)的例子。该表格针对Avago的3G功率放大器，分为高、中和低功率模式三个主要部分。其它功率放大器因结构不同而具有不同的设置。高、中和低功率模式分区下各列内容为该模式下的输出功率及其相应的VCON电压，这些电压是基带处理器生成的电压，通知FAN5904为功率放大器提供正确的输出电压，获得特定的输出功率。GSM和EDGE则需要不同的查找表。

表1: 针对某个HEDGE手机的WCDMA和HEDGE端口，如何配置查找表(LUT)的例子

基带处理器能够针对输出功率水平，动态调节功率放大器的电源电压，从而降低功率放大器消耗的电流。这样便得到两种重要结果：一是降低了电源电压和电流，使得散热减少；二是延长了智能手机的通话时间和数据使用时间。在高输出功率或者大电流负载情况下，FAN5904会以6MHz的PWM模式工作，但在要求"中"或"低"输出功率时，它会自动转换至脉冲频率调制(PFM)模式。在PFM模式下，转换器以更低的开关频率工作，以保持更高的效率。图2和图3针对WCDMA (语音和数据)信号调制的DG90功率分布函数，显示使用与未使用FAN5904的3G功率放大器的性能。对于语音通话，FAN5904在大部分时间工作于PFM模式，因为根据DG09曲线，PFM模式占用的时间少于输出功率高于18dBm时间的10%。恰恰相反的是，为了保证接收器的信噪比，在数据传送模式下则要求保证更高的"每bit能量"，所以在数据传送模式下，输出功率为16dBm或者以上的时间占据33%。

图 2. WCDMA信号调制和1000mAh锂离子电池条件下，使用和未使用FAN5904的3G功率放大器的通话时间分析

图 3. WCDMA信号调制和1000mAh锂离子电池条件下，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，(