1 問(wèn)題呈現(xiàn)與面對(duì)
　　
　　當(dāng)今已是第三代移動(dòng)通信(3G)時(shí)代,，手機(jī)設(shè)計(jì)人員正忙于開發(fā)新的方案，以解決具有wcb瀏覽,、無(wú)線收發(fā)電子郵件,、拍照以及流送視頻等多種功能高速數(shù)據(jù)傳輸所帶來(lái)的一系列新問(wèn)題。其日益增加的壓力是將上述功能合并到一個(gè)尺寸不斷減少的外殼中,，并同時(shí)提供更長(zhǎng)的工作時(shí)間,。尤其是必需傳輸更高的功率和更優(yōu)的線性度及更好的效率。最重要的是,，手機(jī)必須有更長(zhǎng)的通話時(shí)間,，因?yàn)橛脩粜枰馁M(fèi)更多時(shí)間使用他們的手機(jī)。也就是說(shuō)日益增加的特性是應(yīng)在低輸出電壓上對(duì)可變功率作驅(qū)動(dòng)而實(shí)現(xiàn),。但影響電池工作時(shí)間的一個(gè)重要因素是電源效率及系統(tǒng)電源管理,。以往，手機(jī)中用于發(fā)送信號(hào)的功率放大器(PA)由電池直接驅(qū)動(dòng)，雖簡(jiǎn)單但效率不佳,。而當(dāng)今最關(guān)鍵的是高速數(shù)據(jù)傳送要求具有更高的帶寬和發(fā)送功率,。因此，為保持足夠長(zhǎng)的電池工作時(shí)間,，目前已有新的驅(qū)動(dòng)力來(lái)重新思考更多地采用開關(guān)調(diào)節(jié)器類型的選擇,。由此采用基于獨(dú)特的開關(guān)調(diào)節(jié)器技術(shù),，將是一種有效方案,。
　　
　　然而需要特別指出的是，在過(guò)去幾年中手機(jī)用電池技術(shù)雖有不斷改進(jìn),，但是仍然落后于功能擴(kuò)展的需求,。為此，設(shè)計(jì)人員必須用減少手機(jī)功耗來(lái)滿足高功率輸出和更長(zhǎng)通話時(shí)間的需求,，即靠手機(jī)中的半導(dǎo)體設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn),。由于功率放大器(PA)是當(dāng)前龐大需求的一個(gè)組件，因此立足于通過(guò)從功率控制來(lái)減少電流消耗,，即高效率低功率（HELP）技術(shù),，是一種很有效的設(shè)計(jì)方案。
　　
　　基于上述二種理念,，有多種設(shè)計(jì)方案可先后應(yīng)用,。本文將從技術(shù)發(fā)展的迸程，僅以下列二種新技術(shù)方案為例作研討,。
　　
　?、?采用一種高度專門化設(shè)計(jì)的降壓型DC-DC開關(guān)調(diào)節(jié)器來(lái)驅(qū)動(dòng)功率放大器。這是當(dāng)今越來(lái)越廣泛受到蜂窩電話制造商們非常青睞的一種方案,。當(dāng)然,，通過(guò)增加外部的DC/DC轉(zhuǎn)換器和偏置電壓控制可以優(yōu)化單鏈路功放在低功率輸出時(shí)的效率，以達(dá)到增長(zhǎng)通話時(shí)間,。但是一個(gè)DC/DC開關(guān)調(diào)節(jié)器技術(shù)也必將帶來(lái)增加手機(jī)的尺寸及成本,，將使手機(jī)設(shè)計(jì)變復(fù)雜，因?yàn)槭謾C(jī)必須在不同的模擬控制狀態(tài)下進(jìn)行校準(zhǔn),。于是就有了第二個(gè)設(shè)計(jì)方案開發(fā)與應(yīng)用,。
　　
　　⑵ 將眾多的功率控制功能集成到功放模塊上,，其集成功率控制功能不僅僅強(qiáng)調(diào)當(dāng)前功耗的問(wèn)題,，并提供了更有效的手機(jī)設(shè)計(jì)方法。該芯片集成允許手機(jī)設(shè)計(jì)人員不使用單獨(dú)的DC/DC轉(zhuǎn)換器和旁路電容,，來(lái)優(yōu)化功率管理和獲取更長(zhǎng)的通話時(shí)間,。該控制功放功耗的一種方案是在較寬的輸出功率范圍內(nèi)提高效率，就是基于優(yōu)化低功率輸出的需求。因?yàn)槭謾C(jī)大部分時(shí)間工作在低功率水平,，大約在-4dBm的功率級(jí),。假設(shè)在PA和天線之間的電路損失大約為3dB，那么PA的輸出功率大約為 -ldBm,。在低功率級(jí)(低于0dBm),，功放主要消耗的是靜態(tài)電流。在-ldBm輸出功率時(shí),，功放的靜態(tài)電流通常約為50mA,。通過(guò)在低功率級(jí)減少靜態(tài)電流提高功放效率，設(shè)計(jì)人員可以大量減少功率損耗,。然而直到最近,，該方法還是有缺陷的，因?yàn)橛糜谑謾C(jī)的典型雙狀態(tài)的單鏈路PA只能在最大額定功率下進(jìn)行優(yōu)化,，這使得手機(jī)在低功率水平下工作時(shí)的效率很低,。
　　
　　2 基于開關(guān)調(diào)節(jié)器技術(shù)以提高發(fā)3G手機(jī)發(fā)送效率的設(shè)計(jì)方案
　　
　　從最先進(jìn)3G手機(jī)基本架構(gòu)所知，其日益增加的特性對(duì)可變功率驅(qū)動(dòng)提出新要求,。如對(duì)圖像處理的應(yīng)用處理器,，在視頻捕捉期間需要高達(dá)360mW的功率，會(huì)很快耗盡電池的能量,。于是電源效率及系統(tǒng)電源管理就成為影響電池一個(gè)重要因素,。由于電源轉(zhuǎn)換過(guò)程中會(huì)發(fā)熱，就是獨(dú)特的開關(guān)調(diào)節(jié)器技術(shù)引入的必然,。如今已有新的驅(qū)動(dòng)力并具有較高工作效率的開關(guān)調(diào)節(jié)器可選擇,。值此以擴(kuò)展頻譜技術(shù)的低噪聲開關(guān)調(diào)節(jié)器與低壓差、脈寬調(diào)制DC-DC降壓開關(guān)調(diào)節(jié)器為例,，對(duì)提高手機(jī)發(fā)送效率的設(shè)計(jì)方案作分析,。
　　
　　2.1 采用擴(kuò)展頻譜技術(shù)的低噪聲開關(guān)調(diào)節(jié)器
　　
　　在最先進(jìn)的3G手機(jī)中，所有部件都如此密集以至于不存在這種嚴(yán)重噪聲干擾可能性,。況且由于成本及尺寸原因,，采取屏蔽措施又不現(xiàn)實(shí)。采用開關(guān)調(diào)節(jié)器的其中一個(gè)代價(jià)是有可能產(chǎn)生諧波噪聲,。但已成功使用的一項(xiàng)技術(shù)是使DC/DC轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)時(shí)鐘偽隨機(jī)抖動(dòng),，這種力法及其所實(shí)現(xiàn)的擴(kuò)展頻譜運(yùn)作使開關(guān)頻率受一個(gè)偽隨機(jī)數(shù)(PRN)序列調(diào)制，以減少窄帶諧波,。這其實(shí)是將噪聲“分散”到整個(gè)頻率范圍上,，而不是集中在分別的諧波上。由于擴(kuò)頻噪聲的峰值限度要低許多,，故可極大地降低干擾,。盡管這種方法中過(guò)去已成功地用分立組件實(shí)現(xiàn)，但工藝的改進(jìn)已允許將擴(kuò)頻技術(shù)包含到“更新的”DC/DC轉(zhuǎn)換器中，從而可節(jié)省極大的空間,。以LTC3251開關(guān)調(diào)節(jié)器為例作說(shuō)明,。
　　
　　在芯片上實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻工作的一款I(lǐng)C LTC3251是輸出電流達(dá)500mA的高效、低噪聲及無(wú)電感器型降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器,。LTC325l的擴(kuò)頻振蕩器被設(shè)計(jì)成可產(chǎn)生頻率1MHz與 1.6MHz之間而周期為隨機(jī)變化的時(shí)鐘脈沖,，這擁有將開關(guān)噪聲分散到整個(gè)頻率范圍上的好處。圖1為L(zhǎng)TC3251引腳功能與應(yīng)用示意圖,。

                                     圖1為L(zhǎng)TC3251是引腳功能與應(yīng)用示意圖

　　該開關(guān)調(diào)節(jié)器可避開線性穩(wěn)壓器的效率缺點(diǎn),，通過(guò)低阻抗開關(guān)及—個(gè)磁性存儲(chǔ)組件，可提供高達(dá)96%的轉(zhuǎn)換效率,，故可極大地減少轉(zhuǎn)換過(guò)程中的功率損失,。通過(guò)在較高的開關(guān)頻率(譬如大于2MH2)工作，可極人地減少外部電感器及電容器的尺寸,。該開關(guān)調(diào)節(jié)器對(duì)最新3G手機(jī)而言是很有效的系統(tǒng)電源管理，例如用于圖像處理的應(yīng)用處理器上,。

 2.2 用低壓差,、脈寬調(diào)制(PWM)DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器提高發(fā)送效率的方案
　　
　　⑴低壓差,、脈寬調(diào)制(PWM)DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器MAX1821可為WCDMA手機(jī)功率放大器(PA)供電設(shè)計(jì),，當(dāng)然，它也可以用于其它需要優(yōu)先考慮高效率的應(yīng)用,。供電電壓范圍2.6V～5.5V,，保證輸出電流達(dá)600mA，1MHz PWM開關(guān)頻率允許采用小尺寸外部元件,，跳頻模式使輕載靜態(tài)電流降低至180?A,。MAX1821可以動(dòng)態(tài)控制，提供0.4V～3.4V的輸出電壓范圍,。在電壓和電流的滿量程范圍內(nèi),，該電路的設(shè)計(jì)能夠保證在<30?s內(nèi)建立輸出電壓。MAX1821通過(guò)外部電阻設(shè)置輸出電壓,，提供1.25V～5.5V固定輸出電壓范圍,。

   　MAX1821具有一個(gè)低導(dǎo)通電阻的內(nèi)部MOSFET開關(guān)和同步整流器，大大提高了轉(zhuǎn)換效率,、減少了外部元件數(shù),；100%占空比在600mA負(fù)載下(包括外部電感電阻在內(nèi))允許壓差僅有150mV。圖2(a)所示為基于開關(guān)調(diào)節(jié)器技術(shù)以提高發(fā)送效率的設(shè)計(jì)框圖,。