2G至3.5G蜂窝移动设备的高效RF功率管理

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，因为它的体积非常校由于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。

另一个常常被遗忘的参数是瞬态响应时间。当需要在不同电压之间进行跳变，以便为功率放大器提供合适的输出功率时，对各种无线协议而言，瞬态响应时间变得尤为重要。FAN5904以6MHz的频率进行切换时，具有非常短的10?s响应时间(如图5所示)，完全满足时隙间隔为25?s的WCDMA规范和IOPC 6.4.2规范要求。

图 5. FAN5904在WCDMA模式中电压跳变的上升和下降时间。

在输出功率需要从低水平变到高水平，或者从启动开始，瞬态响应时间为10?s。对于降压稳压器而言，关键是使功率放大器满足这些规范要求，避免出现通话中断或者通话语音质量不良的情况。由于用户在不同的区域移动，信号覆盖情况或好或坏，虽然如此，通话中断现象是用户所不能容忍的。对于GSM/EDGE模式，FAN5904能够在5?s内完成电压之间的跳变，满足GSM规范。图6所示为用于WCDMA和GSM/EDGE发送器的FAN5904时序图。

图 6. 用于WCDMA (a) 和GSM/EDGE (b) 发送器的FAN5904时序图

在使用降压转换器时，我们关心的是开关频率如何影响RF性能，RF工程师极不愿意添加一个会对RF信号保真度(发送和接收两个方面)造成潜在影响的器件。如前所述，FAN5904采用PWM或PFM模式工作，分析显示，两者均不会对RF性能造成影响。图7(a)所示为28.5dBm信号的发送CW(关闭调制以显示接近中心的尖刺)，以及距右侧6MHz的标记1。FAN5904产生的假性音调（spurious tones）水平很低，使得尖刺低于噪声本底。图7(b)所示为开启调制时的尖刺水平。这种尖刺很小，远远低于Tx遮蔽水平。FAN5904具有6MHz开关频率的一个优势在于该频率远离信号频率，并且位于5MHz的带宽之外，转换成位于WCDMA信号两侧的2.5MHz频率。

图 7. 在(a) CW调制和(b) WCDMA调制下，FAN5904在PWM模式下以6MHz的频率进行开关

或许在PFM模式下，我们更加关注的是尖刺会在哪里进入信号调制。通过进一步查看图8(a)，在CW模式中，尖刺仍然在-40dBc以下，在8 (b)中，更重要的是该尖刺处于WCDMA调制遮蔽之下。

表3: 连接电源和FAN5904的3G功率放大器的EVM测量比较

表3列出了所测量的0dBm 和-45dBm (图8中VPA 值接近VOUT_DCDC )输出功率的EVM，比较使用电源和FAN5904为3G功率放大器供电的情况。两列数值之间的差异很小，这清楚表明信号保真度的变化不大，不会影响RF性能，远在WCDMA极限数值之下。

图 8. 在(a) CW调制和(b) WCDMA调制下，FAN5904在PFM模式下以低于6MHz的频率进行开关。

为了进一步了解降压转换器带来的噪声/尖刺情况，根据3G功率放大器自身的噪声输出，对接收频段内的噪声进行了测量和比较。图9显示在28.5dBm的最高输出功率下，来自FAN5904的尖刺水平实际上远远低于功率放大器的噪声水平，表4显示，来自FAN5904的噪声在-131.8dBm/Hz处最大，但仍然远远低于功率放大器自身的-90dBc。RF工程师可以放心，FAN5904在PWM和PFM模式工作时不会对蜂窝和其它RF频谱的发送和接收频段造成干扰。

图 9. Rx 频段中FAN5904相对于3G功率放大器噪声的尖刺。

表4: Rx 频段中来自FAN5904的噪声水平

最后一个重要特性是，FAN5904控制GSM/EDGE功率放大器模块的能力在于将RF功率管理解决方案从FAN5904分离出来。在GSM/EDGE模式下，FAN5904具有3A的设计峰值极限电流，因而能够控制电流高达2A的功率放大器模块。在GSM/EDGE模式下，由于电流负载更大，FAN5904总是以PWM方式工作，因为GSM和EDGE信号较3G信号具有更高的输出功率水平，因此它以3MHz的频率进行开关。3MHz是合适的开关频率，因为它位于WCDMA通道带宽之外，但是仍然可以使用小电