利用SuPA(LM32XX)给手持设备射频功率放大器供电

2014-05-14 来源:微波射频网 字号:
4、射频功放的发展趋势和特点

随着数据业务的不断增加,目前已经由2G 向3G 和4G 转移,所以要求功放承担更多的任务,因此要求功放具有更多工作模式和频率带宽满足不同地区的制式,同时还要满足更高的工作效率从而保持电池的长时间续航能力,因此为了满足这种要求,使用ET 模式或者APT 模式的射频电源就逐步成为趋势,以下图图示为例,它的射频电源单元可以支持4 种带宽的GSM/EDGE 模式。

图6、4 种带宽的功放可以共同使用一个射频电源单元,输出电压可以由0.5V到3.4V自动调节

5SuPA 在射频单元中的位置

SuPA 是位于系统中的RF 单元中给功放供电的位置,它在电池和功放之间,将电池电压根据基带单元和射频单元提供的功率信号以及配合功放的自身特性信号转换成功放的可以处于最优工作模式的工作电压,驱动功放工作在高效模式,达到节省电能的目的。

图7、SuPA 在系统中位于电池和PA之间承担电压转换功能

6APT 模式的SuPA 工作机理

1. UCC27201 datasheet, Texas Instruments Inc., 2008
2. LM5035 datasheet, Texas Instruments Inc., 2013

SuPA 电源变换器与传统的同步整流降压型直流变换器的内部拓扑是一致的,没有很大的不同,但是它的负载动态响应和主动负载电流辅助旁路控制(Active Current assist and Bypass)是做过优化的,因此它可以满足当负载电压和电流发生变化时可以快速响应,主动电流辅助旁路功能可以满足当入口电压瞬间下降或者负载电流瞬间增加时,可以将变换器迅速切换成类似负载开关模式,这样做有两个好处:第一,可以将电池能量快速提供给负载,满足负载需求;第二,可以使用小尺寸、小电流电感,当负载电流超过电感的电流极限时,那么ACB 功能开关V3 就会进入工作模式,将额外的负载电流承担过来提供给负载,无需再经过电感,所以可以使用小尺寸的电感,满足超紧凑设计要求,这在实际应用设计中是非常重要的。它的工作过程是:首先当开关管V2 导通时,V1 是断开的,入口电源会给电感充电,此时电感两端的电动势是左边为“正”,右边为“负”,当电感充电完成后,V2 会断开,V1 会导通,此时电感上的两端电压会反向,变为左边为“负”,右边为“正”,于是电感中储存的能量会经过负载、V1 然后回流到电感的负极,此时的电感更像是一颗电池给负载供电。电感的充电和放电过程会周而复始的进行,于是就会源源不断的向负载提供连续的电流,它的数学表达式是:Vo=D*Vin,其中D 是占空比,即V2 导通的时间在整个开关周期内所占的比例。VCON 是用来接收来自射频处理芯片组或者基带芯片组的控制信号,这个信号会送进SuPA 直流变换器控制单元,将输出电压和VCON 电压信号按照A 倍的系数进行转换,于是输出电压和VCON 信号就会按照A 倍的比率进行转换,即:Vo=A*VCON;当入口电压跌落或者负载电流意外增加时,造成变换器瞬间过流,于是就会开启主动电流辅助旁路功能(ACB)模式,V3 会将电池电压或者入口电源的电压调整后再接入系统,满足瞬间大负载电流需求,但是当入口电压进一步跌到与输出电压一致或者压差在200mV 以内时,V3 就会立刻完全导通,进入真正的旁路模式,这是SuPA 的独到的控制模式,比如2G 的PA 瞬态电流往往会超过2A,于是旁路功能就会显得非常重要;在3G 或者4G 时,电流需求量不会很大,于是SuPA就工作在单一的DC-DC 转换模式,满足高效率要求。

图8、SuPA 直流电压转换器功能简化框图,Io=Io1+Io2,Vin-Vo>0.2V, Io>1.45A

图9、SuPA 直流电压转换器功能简化框图,Io=Io1,Vin-Vo< 0.2V

7SuPA 变换器高效率工作机理和效率曲线

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