利用射频功率检测器和高效切换器增强CDMA PA功率

@ ACPR2

Measurement Resolution Bandwidth

IS-95

824-849MHz

1.25MHz

±885KHz

±1.98MHz

30KHz

PCS

1850-1910MHz

1.25MHz

±1.25MHz

±1.98MHz

30KHz

ACPR1=-42dBc And ACPR2=-54dBc

由于 CDMA2000 射频信号在不同的通道结构下会表现出不同的峰均包络，高波峰因数的射频信号会对相邻频道造成更多干扰。在测试射频功率放大器时，高波峰因数的通道结构应该采用最差情况测量法。

功率检测器

射频功率检测器使用射频输出信号，产生出一个经整流的直流电压，用以确定直流-直流变换器或切换器的输出电压。

在本应用中，选用 LMV225，因为它可从 0dBm 直到 -40dBm 范围内提供 40 dB 的 linear-in-dB 检测。

手机射频功率控制对保证 CDMA 系统平稳工作非常重要。由于所有用户都共享相同的射频频段，如 IS-95 中是 1.25MHz，那么每个用户对其它用户来说都是随机杂讯。因此，每个用户的发射功率都要进行细心控制，以防止任何一个用户对同一个射频频段内的其它用户造成干扰。

在按照应用框图使用时，LMV225 具备以下两种不同的功能：

第一种功能是前面提到的射频输出功率控制。

第二种功能是确定射频功率放大器的供电电压。本文的以下部分将讨论 LVM225 的第二种功能。

切换器或直流-直流变换器

切换器可使手机用到电池的整个电压工作范围，这样，即使在电池近于完全放电情况下（3V 以下），手机仍可以保持峰值性能。

一般情况下，这类应用中的切换器采用脉冲宽度调制模式（PWM）和旁路模式(BYPASS)。通常切换器工作在 PWM 模式，以提高手机的效率。在 PWM 模式下，可编程输出电压是 VCON 的函数。公式 3 显示 LM3200 可编程输出电压（SW）与控制电压（VCON）之间的关系。

美国国家半导体公司的射频功率放大器切换器完全适合这类应用。其中一个最新产品就是 LM3200。LM3200 能够产生一个在 0.8V 与 3.6V 之间、动态可变的输出电压，PWM 模式下负载电流高达 300mA，旁路(BYPASS)模式下则达 500mA。

设计考虑

在对本应用中每个功能块作简单讨论后，我们可以转向对设计步骤的说明。

假设我们要为一个 IS-95 射频功率放大器设计一个简单的效率增强电路。最大射频输出功率为 +28dBm，并用 LMV225 作射频功率检测器。公式 3 是切换器的可编程输出电压方程式。

图 3 为手机功率放大器的输出概率图，可以作效率优化工作的指南。此概念图显示，大多数时间里，CDMA 射频功率放大器工作在 +15dBm 或以下的输出功率上。如果我们在这个工作范围内降低 CDMA 射频功率放大器的直流功耗，则手机就可以节省相当多的电池能耗，延长使用时间。

最简单的办法是把 CDMA 射频功率放大器的供电电压设在最低值上，当输出射频功率为 +15dBm 以下。

图 4 显示了两种不同供电电压下（VCC=3.4 V 和 VCC=1.4V），CDMA 射频功率放大器的性能。VCC=3.4V 时的 1dB 压缩点约为 +28 dBm，而在 VCC=1.4V 时约为 +20dBm。图中还有两种情况下的三阶互调失真。

根据数据表，一般当 VCC=3.4V 时，CDMA 射频功率放大器从小功率直到 +28dBm 的所有功率上都可以使用。在 VCC=3.4V 情况下，POUT=+28dBm 时第三阶互调失真的水平比基础水平低 28dBc，C/3IM=-28dBc。在 VCC=1.4V 时，POUT=+15dBm 时三阶互调失真比基础水平低 30dB， C/3IM=-30dBc。

由于 ACPR 是互调失真的函数，我们可以预测：当VCC=1.4V 时 POUT=+15 的 ACPR 与 VCC=3.4V 时 POUT=+28dBm 一样好。基于这一点以及图 3 中的统计信息，我们可以将 CDMA 射频功率放大器的供电电压设为 VCC=1.4，当功率在 15 dBm 以下，从而减少电池的能耗。

图 5 显示了供电电压为 VCC=3.4V 和 VCC=1.4V 时的直流功耗，证实了节电的效果。工作点 A 是 VCC=3.4V 时 POUT=+15dBm，可以在第二个 Y轴读它的 PDC , 其PDC是+27dBm。当供电电压换为 VCC=1.4V 时，POUT=+15dBm 的工作点成为 AA。它的 PDC 为 +22.5dBm。

因此，供电电压从 VCC=3.4 到 VCC=1.4V 后的节能效果为：27-22.5=4.5dB。4.5dB 的效果相当于节省了 50% 的能量。

应用电路

图 6 是用于降低 CDMA 射频功率放大器电池能耗的应用电路。我们将切换器的控制电压设为 VCON=0.467V。这个 0.467V 可以用一个分压器从 VDD=2.8V 的电源得到。根据公式 3，这一 0.467V 将产生一个 VOUT=3*0.467=1.4V。然后，将 VOUT=1.4V 供给射频功率放大器的 VCC。当 POUT=+15dBm 或更低时，我们需要设置 BYPASS=Low，将切换器置于 PWM 模式。

LM225 用于检测是否切换器需要处于 Bypass 模式。我们用 R1= 1.8k( 作为分接电阻，实现射频功率放大器输出与 LMV225 输入