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延長GSM/EDGE設備通話時間

上網時間: 2008年09月08日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:手機  功率放大器  射頻 

為延長通話時間,近幾年來越來越多的關注集中在改善手機功效。功率放大器模組(PAM)功耗佔手機功耗相當大的比率,因為它必須將調變的射頻訊號充分放大,以便基地台能夠正確地接收訊號。

GSM連接最不穩定的部分是無線訊號的空中鏈接,這決定了手機必需的發射功率。這種鏈接功率依賴於許多因素,諸如與基地台之間的距離與陰影衰落(山體、建築物等將衰減訊號強度)。在市區,由於基地台之間的距離短,網路服務供應商可以提供良好的訊號覆蓋。然而陰影衰落可能會在這些區域產生,從而減弱了訊號強度並降低上行鏈接的質量。在鄉村或者人口不密集的住宅區,這將是另外一種情況。為了在不同環境下保證良好的鏈接質量,GSM系統使用自適應的功率控制,基地台根據接收的訊號質量和強度,來控制手機提高或降低發射功率。

圖1中GSM900網路功率密度的分佈概率。該圖為符合Class 4功率等級的手機傳輸特定功率的分佈概率,很明顯,大部分的發射功率集中在23~31dBm範圍內。

圖1:GSM900頻段功率分佈概率。
圖1:GSM900頻段功率分佈概率。

在手機或者無線設備中,典型方法是將電池電源直接連接到功率放大器,以確保它能夠在每次突發中能有效地傳輸最高功率。然而,圖1指出採用最大功率(33dBm)發射的GSM手機中僅佔7%,這意味著手機設計師必須同時關注功率回退時的功率放大器效率。一種有效的方法是,調整功率放大器的供電電壓來匹配手機的發射功率,這可以透過在電池電源和功率放大器之間使用可編程控制並帶盤路功能的降壓型DC-DC電源轉換器來實現。可是這種方法也有缺點,這是因為在高功率發射時將採用盤路功能,由於旁路的內阻將導致電壓差,這會降低性能。同時,DC-DC轉換器的尺寸比較大,需要較大的盤路電容來減少大電流脈衝時的紋波。

Anadigics公司的AWE6174(PAM)導入了一種新的方法,對在圖1中高分佈概率的發射功率使用DC-DC轉換器時進行了特別的最佳化。這種方法包含了一個功率放大器控制架構,它有兩路分開的電源輸入,這是由一個邏輯接腳控制選擇的。一路電源輸入用於在高功率等級傳輸(通用的方法,直接連接到電池),另外一路用於在中、低功率等級傳輸時連接DC-DC轉換器。透過使用這種方法可以獲取最佳的功效,從而在最高功率等級傳輸時,不用降低手機的性能,延長通話時間。圖2為在GSM900頻段(ch37信道),採用固定電源供電和使用降壓型DC-DC轉換器供電,功率放大器效率曲線的比較

圖2: AWE6174 效率(採用固定電壓(Vbatt)和DC-DC轉換器供電的比較)。
圖2: AWE6174 效率(採用固定電壓(Vbatt)和DC-DC轉換器供電的比較)。

圖3顯示了在GSM900頻段的不同功率級別下,不採用DC-DC轉換器和採用DC-DC轉換器時,功率放大器的平均電流消耗(1/8周期)。圖2中相關的平均電流按照圖1的概率分佈顯示在這張圖表上。

圖3:  平均電流消耗。
圖3: 平均電流消耗。

這個圖表顯示在25、27和29dBm功率級別,平均電流分別減少了大約44%、35%和23%,與通用方法比較,該方法有顯著改善。此外,在整個功率控制範圍內(5?33dBm)平均電流消耗減少了26%。因此在典型的功率分佈範圍內使用最少的電壓步進,可以改善GMSK的功效。對應以上的範例,其通話時間可以延長45~60分鐘。這個幅度依賴於一些因素包括電池容量,和其它的非功率放大器的功率消耗等。這種方法和分析也適用DCS/PCS頻段的操作,可以在回退的功率級別獲得類似的GMSK功率放大器效率的改善。

本文小結

Anadigics的6x6 GSM/Polar EDGE功率放大器模組可作為標準功率放大器,它包含一個通路,可選擇使用外部DC-DC轉換器來改進GMSK功效(延長手機通話時間)。模組由多功能(CMOS)控制模組和兩路InGaP HBT放大器組成,一路放大器支援GSM850/900頻帶,另一路放大器支援DCS/PCS頻帶。

多功能模組(MFB)整合了功率控制功能、邏輯控制電路和為PA提供偏壓的穩壓器。這種功率控制功能是基於穩壓器LDO把一個類比電壓加到Vramp上來控制輸出功率。功率控制架構由兩路LDO組成(VBATT和VCC輸入),一路(VBATT)用於整個功率控制範圍使用,另一個(VCC)用於中、低功率級別使用。一次僅允許一個LDO工作。邏輯(模式控制)訊號用於選擇這兩條通路。

AWE6174功率放大器模組(PAM)用於開環極性架構,支持的雙頻、三頻和四頻段GMSK及8-PSK調變方式的應用。所有的射頻埠在內部都匹配50歐姆,並使用了隔直電容。內部的架構和應用電路可分佈參考圖4和圖5。

圖 4: AWE6174 模組圖。
圖 4: AWE6174 模組圖。

圖5: AWE6174 建議的應用簡圖。
圖5: AWE6174 建議的應用簡圖。

作者:Martin Baek

Anadigics公司





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