W-CDMA收發(fā)器的功率管理技術(shù)

目前已推出市場的幾款3G手機的使用時間都只有2小時到3.5小時，無法真正吸引終端用戶。真正的通話或連接時間實際上取決于手機與基站的連接質(zhì)量，以及連接期間數(shù)據(jù)內(nèi)容的密集程度。

為爭取更多的用戶，全球3G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施在2008年已加速部署，其中在美國和歐洲的發(fā)展尤其快速。好幾家運營商都推出了比較價廉的無限數(shù)據(jù)計劃，雖然這些計劃對在連接能力上有一定的限制，但卻增加了對網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件的支持，比如視頻會議、互聯(lián)網(wǎng)語音 (VoIP)、簡易郵箱 (easy email) 和互聯(lián)網(wǎng)瀏覽等，從而吸引用戶使用。

在硬件方面，針對低功率模式工作和城區(qū)通話服務(wù)，手機設(shè)計人員已設(shè)法對射頻收發(fā)器的功耗進行優(yōu)化，特別是射頻功放 (RF Power Amplifier, RFPA) 的功耗。運營商提供的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，在這種情況下，手機的傳送功率小于1mW。目前使用的RFPA中，大多數(shù)都具有低功率模式，當(dāng)射頻功率低于1mW時，其耗電量為10mA或更小。此外，它們還經(jīng)過優(yōu)化，可在500mW左右時 (最大射頻工作功率級) 獲得最佳功率附加效率 (Power Added Efficiency, PAE) (約為33%)。這時的問題在于，RFPA功耗約為1W，會產(chǎn)生過多的熱能，影響周圍組件的性能。圖1所示為PAE及功耗的典型變化與射頻工作功率級的關(guān)系。

圖1：雙模W-CDMA RFPA的附加功率效率 (PAE) 的圖示http://www.elecfans.com/article/84/119/2009/2009072279770.html

據(jù)3G網(wǎng)絡(luò)運營商提供的功率分布統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在城市地區(qū)，以語音功能為主手機有90%到 95%的時間都在1mW以下的功耗工作，這應(yīng)該使得這些條件下的通話時間達到5小時。

不過，當(dāng)連接的數(shù)據(jù)容量較大，或者用戶位于郊外或低覆蓋區(qū)域時，3G手機必須把發(fā)射功率提高到50mW以上，才能獲得良好的信噪比。在這類情形下，一個沒有經(jīng)過重新優(yōu)化的RFPA會在2.5小時或更短時間之內(nèi)就消耗掉電池的全部能量。

最佳的解決方案是采用一個由電壓控制的DC-DC轉(zhuǎn)換器來動態(tài)調(diào)節(jié)RFPA電源電壓，以便在每一個射頻功率級下都獲得盡可能高的功率效率。這項技術(shù)被稱為動態(tài)電壓調(diào)節(jié) (Dynamic Voltage Scaling, DVS) 技術(shù) (圖2)。

圖2：利用DC-DC轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)3G 射頻功放動態(tài)供電的圖示

圖中文字(上)： VBAT C DVS DCDC C VCC C WCDMA RFPA

(中): VBAT或電池電壓 C VCC 或RFPA 來自DCDC的電壓