BiFET功放的集成功率管理為3G手機省電多達25%

conniede

消費者對數據和多媒體的需求促使全世界的電信運營(yíng)商把2G升級至3G 或以上的網(wǎng)絡(luò )。這種趨勢給了移動(dòng)設備設計傳遞了很強烈的信號。

3G手機除了提供有競爭力的價(jià)格,還必須傳輸更高的功率，更優(yōu)的線(xiàn)性度及更好的效率。最重要的是，3G手機必須有更長(cháng)的通話(huà)時(shí)間，因為 3G 用戶(hù)需要耗費更多時(shí)間使用他們的手機。

盡管在過(guò)去幾年中，電池技術(shù)不斷改進(jìn)，但是仍然落后于功能擴展的需求。設計師必須減少手機功耗來(lái)滿(mǎn)足高功率輸出和更長(cháng)通話(huà)時(shí)間的需求,這必須靠手機的半導體設備上來(lái)實(shí)現。由于功率放大器 (PA) 是當前龐大需求的其中一個(gè)組件，著(zhù)重于通過(guò)從功率控制來(lái)減少電流消耗是有意義的。

與此相對應，眾多的功率控制功能可以集成到功放模塊上。集成功率控制功能不僅僅強調當前功耗的問(wèn)題，并提供了更有效的手機設計方法。芯片集成允許手機設計師不使用單獨的DC/DC轉換器和旁路電容,來(lái)優(yōu)化功率管理和獲取更長(cháng)的通話(huà)時(shí)間，同時(shí)減少PCB板的復雜性。

1 優(yōu)化低功率輸出的需求

控制功放功耗的一種方式是在較寬的輸出功率范圍內提高效率。這可以通過(guò)評估 CDG(CDMA Development Group)或者 GSMA(GSM Association)在 3G 網(wǎng)絡(luò )中的手機功率分布曲線(xiàn)圖,優(yōu)化功放效率來(lái)實(shí)現。圖1為 3G 手機制造商使用的 GSMA的功率分布曲線(xiàn)。

圖1 3G網(wǎng)絡(luò )的GSMA 功率分布曲線(xiàn)

顯而易見(jiàn)，手機大部分時(shí)間工作在低功率水平,大約在- 4dBm的功率級別。假設在 PA 和天線(xiàn)之間的電路損失大約為 3dB，那么 PA的輸出功率大約為- 1dBm。

在低功率級別(低于 0dBm)， 功放主要消耗的是靜態(tài)電流。- 1dBm輸出功率時(shí),功放的靜態(tài)電流通常約為50mA。通過(guò)在低功率級別,減少靜態(tài)電流提高功放效率，設計師可以大量的減少功率損耗。

然而直到最近，這都還不是可行的。用于手機的典型雙狀態(tài)的單鏈路PA的只能在最大額定功率下進(jìn)行優(yōu)化。這使得手機在低功率水平下工作時(shí)的效率很低。

當然，通過(guò)增加外部的 DC/DC 轉換器和偏置電壓控制可以?xún)?yōu)化單鏈路功放在低功率輸出時(shí)的效率，以達到增長(cháng)通話(huà)時(shí)間。但是就像上面所提到的，一個(gè) DC/DC轉換器也同時(shí)增加手機的尺寸及成本。此外，這將使設計變復雜，因為手機必須在不同的模擬控制狀態(tài)下進(jìn)行校準。

2 兩路功放的多級優(yōu)化

ANADIGICS 的 InGaP-Plus技術(shù)， 通過(guò)允許設計師使用多條增益鏈路來(lái)設計功放，解決了功放的優(yōu)化問(wèn)題。這使得功放在不同功率水平可以進(jìn)行獨立的優(yōu)化。

通常意義上所說(shuō)的BiFET 過(guò)程， InGaP-Plus集成了 pHEMT(pseudomorphic High Electron Mobility FET)和 HBT(Heterojunction Bipolar Transistor)在同一的晶片上(圖2)。

圖2 BiFET 工藝

同時(shí)高性能的射頻開(kāi)關(guān)(pHEMT)共存在相同的晶體上，BiFET工藝可以用于設計多種增益鏈路的功放，并可以為每一增益鏈路進(jìn)行獨立的線(xiàn)性度和效率優(yōu)化。InGaP-Plus 使得設計師能夠獲取功放的最優(yōu)性能。

這項技術(shù)最初稱(chēng)為HELP(High Efficiency at Low Power)，設計成一個(gè)雙狀態(tài)(高功率與低功率)功放。不像單鏈路放大器，它有兩個(gè)增益狀態(tài)， InGaP-Plus功放可在內部對高功率和低功率進(jìn)行優(yōu)化。單一鏈路功放是不能做到的。

通過(guò)內部?jì)?yōu)化的HELP功放可延長(cháng)手機通話(huà)時(shí)間超過(guò)25%。當然，像單一鏈路功放一樣，可搭配一個(gè)外部 DC/DC轉換器節省更多電流。但是額外電流的節省是不值得的，相比增加的費用和電路板面積。

在最近的進(jìn)展，ANADIGICS使用了InGaP- Plus的BiFET制成設計 HELP3功放，特別推出三增益狀態(tài)，允許我們分別優(yōu)化三種不同的功率等級。例如，我們可優(yōu)化高功率增益(通常大約28dbm)，16dBm的中度功率增益，以及在7dBm的低功率增益(圖3)。

圖3 典型的使用BiFET制成的 HELP功放的靜態(tài)電流和效率曲線(xiàn)

此制成在低功率等級達到業(yè)界低于 7mA 的靜態(tài)電流，那是一個(gè)非凡的進(jìn)展相比單一鏈路功放中典型的 50mA的靜態(tài)電流。

表1列出通過(guò)使用特殊制成的最新 ANADIGICS WCDMA 功放模塊的靜態(tài)電流和效率對比數據。

3 物理，功能，電性能改進(jìn)

除了在沒(méi)有使用外部 DC/DC 轉換器可以減少電流消耗， BiFET 技術(shù)使制造商集成其它功能成為可能，例如在功放芯片內集成LDO，手機制造商能夠更多的減少電路板空間及進(jìn)一步降低成本。

此技術(shù)還有另一優(yōu)勢：它使得制造商可將功放模塊設計于更小面積上。如表1顯示， ANADIGICS 現在提供業(yè)界第一個(gè)3x3mm 單頻和 3x5mm 雙頻WCDMA HELP3功率放大器  
HELP3技術(shù)與朝向低電壓邏輯的移動(dòng)手機制造商并駕齊驅。新型號的HELP功放以 1.8V 邏輯電壓設計。這些功放將提供更長(cháng)的通話(huà)時(shí)間，并進(jìn)一步減少靜態(tài)電流少于4mA。

此外， ANADIGICS 使用BiFET制成開(kāi)發(fā)了我們稱(chēng)為 ZeroIC 的功放，也稱(chēng)為旁路功放，此類(lèi)放大器可以在低于某個(gè)功率水平下完全被關(guān)閉，因此電流消耗為0，通過(guò)開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò )提供一條旁路路徑到功放模塊的輸出端。

4 結論

ANADIGICS創(chuàng )新的InGap-Plus制成是HELP功放技術(shù)的基礎。這個(gè)制成允許在同一晶體上分別優(yōu)化高性能的射頻開(kāi)關(guān)和功率放大器。ANADIGICS已經(jīng)使用這項技術(shù)提供業(yè)界第一個(gè)3x3 mm 單頻和3x5 mm 雙頻 WCDMA HELP3功率放大器。

bfq0614

很好

panminghui

受教育了�。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。�！