利用自適應變化電源提高功率放大器效率

CDMA手機功放MAX2291

MAX2291是采用UCSp封裝的線性RF功率放大器，針對工作在pCS波段的N-CDMA手機設計，通過修改輸入、輸出匹配電路，它還可以很好地工作在1920～1980MHz的WCDMA波段，電路如圖1所示。該芯片蘊含用于強發射功率的輸出通道和中等/低功率發射的輸出通道，與其他功率放大器相比，它在低功率模式下能夠供應較高的效率。通過外部偏置控制也可以調節增益和相鄰信道功率抑制比，在較寬的工作范圍優化系統。增大第一級功放的偏置電流，可提高增益、改善ACpR，但會損失一定的效率；增大第二級功率放大器的偏置電流，將會提高增益，但是效率和ACpR指標將會受到一定影響。最好的辦法是依據功率需求動態調節功放偏置。例如，可以用電流輸出DAC筆直驅動BIAS引腳，也可以使用電壓輸出DAC。每個BIAS引腳出現一個約莫1.1V的基準電壓，接在該引腳與GND之間的電阻可以改變流入BIAS1H引腳的電流，倘若用另外一個電阻接在BIAS1H引腳和電壓輸出DAC之間，DAC輸出可以控制流入BIAS1H引腳的電流。當DAC輸出電壓低于1.1V時，將會有電流流出BIAS1H引腳，所以，倘若采用DAC控制，DAC應當具備源出/吸收100A電流的能力。

在蜂窩電話使用中，均勻發射功率為+12～+16dBm，因此功率放大器在中等功率下的效率關于延長電池的工作時間至關緊要。MAX2291在功率調節方面做了許多改進，它在由大功率通道供應+27dBm輸出功率時，具有+37%的功效，由低功率通道供應+16dBm輸出功率時，也惟有12%的功效。而且，當在兩個通道之間進行切換時，信號的相位偏差超出了80°，要在基帶部分進行解決和修正。改變MAX2291的電源電壓，僅使用其大功率放大通道，是在中等功率或低功率下提高MAX2291功效的另一途徑。MAX8506開關型調節器能夠供應動態調節的輸出電壓，滿足這一需求。從實驗結果看，MAX2291可以在+16dBm輸出功率下將功效提高到18.9%，ACpR為-38dBc，而且沒有相位偏移，功放增益隨著Vcc的降低而減小。

功放供電電路

MAX8506是600mA開關調節器，能夠按照所要的輸出功率為MAX2291供應變化的電源電壓Vcc，其內部框圖與使用電路如圖2所示。MAX8506內部集成了一路pWM降壓控制器和一個導通電阻為75mΩ的旁路場效應管，可以在0.4～3.4V范圍內動態調節WCDMA或CDMAOne手機中功放的電源電壓，當手機發送功率低于其最大值時，有助于提高功放效率。MAX8506有Hp和REF_IN兩個控制引腳，Hp用于電源轉換器旁路控制，大功率輸出時，將Hp置為高電平，使MAX8506電源輸出端通過內部MOSFET筆直與電池連接，以降低滿功率輸出時的壓差，此時，輸入與輸出之間的壓差是負載電流與MOSFET導通電阻(典型值為75mΩ)與降壓轉換器和電感等效電阻并聯值的乘積。REF_IN為外部基準輸入端，與外部DAC連接可以動態控制輸出電壓，VREFIN至VOUT的增益由內部設置為1.76，能夠在30s內應和VREFIN的變化，建立穩定的輸出。圖2中，輸入電容須選用低等效串聯電阻的電容，以降低高頻輸入紋波，一般的鋁電解電容具有較大的ESR，應盡量戒備使用此類電容。低ESR的鉭電容和聚合物電容比較適合小尺寸設計，陶瓷電容的ESR最小，為了減小輸入電源的峰值電流和噪聲，可以在輸入端接2.2～10F的低ESR電容。RC、CC、Cf為補償元件，倘若輸出電容具有較低的ESR，也可以不使用Cf。電容CC用于積分互阻放大器的電流，對輸出電容紋波取均勻，設置器件的瞬態應和速度。由于經過一定相移的電容紋波不會干擾電流調節環路，該電路準許選用小尺寸的陶瓷輸出電容。補償電阻RC設置輸出電壓誤差的比例增益，增大阻值可以提高控制環路對輸出紋波的靈巧度。按照圖中推薦的元件參數，可以在整個輸出電壓和負載電流變化范圍內供應適當的相位裕量，保證電路穩定工作。MAX8506的外部電感需滿足以下要求：電感量為4～6H，直流電阻低于400mΩ，飽和電流高于最大功放功率對應的負載電流與1/2電感峰值電流之和。

MAX8506的輸出作為MAX2291主Vcc電源的電路連接如圖3所示。利用WCDMA開發板進行探測，通過調節功率放大器的Vcc和RF輸入功率達到所要求的輸出功率和所希望的ACpR：-38dBc。然后記錄消耗電流，計算效率。

探測設備采用AgilentE4433B信號發生器、AgilentE4406A探測儀、電源、RF耦合器、20dB衰減頭和RF功率計。

E4433B選擇3Gpp調制、上行鏈路、DpCCH+1DpDCH，AgilentE4406A用于測量ACpR。探測數據如圖4所示，MAX2291輸出功率為+27dBm時，由于MAX8506處于旁路狀態，輸入電源筆直與輸出連接，沒有經過開關調節器，此時，在兩種情況下MAX2291的功效均為34.6%。輸出功率為+24dBm時，倘若采用固定的+3.5V供電，功效為+25.7%；倘若利用開關調節器供電，功效可提高至30.5%。輸出功率惟有+16dBm時，功效從8.3%提高到18.9%，并保持-38dBc的ACpR。輸出功率為+10dBm時，pAE從2.8%提高到8.3%。

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