CDMA手機功放MAX2291
MAX2291是采用UCSP封裝的線性RF功率放大器，針對工作在PCS波段的N-CDMA手機設計，通過修改輸入、輸出匹配電路，它還可以很好地工作在1920～1980MHz的WCDMA波段，電路如圖1所示。該芯片包含用于強發射功率的輸出通道和中等/低功率發射的輸出通道，與其他功率放大器相比，它在低功率模式下能夠提供較高的效率。通過外部偏置控制也可以調節增益和相鄰信道功率抑制比，在較寬的工作范圍優化系統。增大第一級功放的偏置電流，可提高增益、改善ACPR，但會損失一定的效率；增大第二級功率放大器的偏置電流，將會提高增益，但是效率和ACPR指標將會受到一定影響。最好的方案是根據功率需求動態調節功放偏置。例如，可以用電流輸出DAC直接驅動BIAS引腳，也可以使用電壓輸出DAC。每個BIAS引腳產生一個大約1.1V的基準電壓，接在該引腳與GND之間的電阻可以改變流入BIAS1H引腳的電流，如果用另外一個電阻接在BIAS1H引腳和電壓輸出DAC之間，DAC輸出可以控制流入BIAS1H引腳的電流。當DAC輸出電壓低于1.1V時，將會有電流流出BIAS1H引腳，所以，如果采用DAC控制，DAC應該具備源出/吸收100μA電流的能力。
在蜂窩電話應用中，平均發射功率為+12～+16dBm，因此功率放大器在“中等”功率下的效率對于延長電池的工作時間至關重要。MAX2291在功率調節方面做了許多改進，它在由大功率通道提供+27dBm輸出功率時，具有+37%的功效，由低功率通道提供+16dBm輸出功率時，也只有12%的功效。而且，當在兩個通道之間進行切換時，信號的相位偏差超出了80°，需要在基帶部分進行處理和修正。
改變MAX2291的電源電壓，僅使用其大功率放大通道，是在中等功率或低功率下提高MAX2291功效的另一途徑。MAX8506開關型調節器能夠提供動態調節的輸出電壓，滿足這一需求。從試驗結果看，MAX2291可以在+16dBm輸出功率下將功效提高到18.9%，ACPR為-38dBc，而且沒有相位偏移，功放增益隨著Vcc的降低而減小。
功放供電電路
MAX8506是600mA開關調節器，能夠按照所需要的輸出功率為MAX2291提供變化的電源電壓Vcc，其內部框圖與應用電路如圖2所示。MAX8506內部集成了一路PWM降壓控制器和一個導通電阻為75mΩ的旁路場效應管，可以在0.4～3.4V范圍內動態調節WCDMA或CDMAOne手機中功放的電源電壓，當手機發送功率低于其最大值時，有助于提高功放效率。MAX8506有HP和REF_IN兩個控制引腳，HP用于電源轉換器旁路控制，大功率輸出時，將HP置為高電平，使MAX8506電源輸出端通過內部MOSFET直接與電池連接，以降低滿功率輸出時的壓差，此時，輸入與輸出之間的壓差是負載電流與MOSFET導通電阻(典型值為75mΩ)與降壓轉換器和電感等效電阻并聯值的乘積。REF_IN為外部基準輸入端，與外部DAC連接可以動態控制輸出電壓，VREFIN至VOUT的增益由內部設置為1.76，能夠在30μs內響應VREFIN的變化，建立穩定的輸出。圖2中，輸入電容須選用低等效串聯電阻的電容，以降低高頻輸入紋波，普通的鋁電解電容具有較大的ESR，應盡量避免使用此類電容。低ESR的鉭電容和聚合物電容比較適合小尺寸設計，陶瓷電容的ESR最小，為了減小輸入電源的峰值電流和噪聲，可以在輸入端接2.2～10μF的低ESR電容。RC、CC、Cf為補償元件，如果輸出電容具有較低的ESR，也可以不使用Cf。電容CC用于積分互阻放大器的電流，對輸出電容紋波取平均，設置器件的瞬態響應速度。由于經過一定相移的電容紋波不會干擾電流調節環路，該電路允許選用小尺寸的陶瓷輸出電容。補償電阻RC設置輸出電壓誤差的比例增益，增大阻值可以提高控制環路對輸出紋波的靈敏度。按照圖中推薦的元件參數，可以在整個輸出電壓和負載電流變化范圍內提供適當的相位裕量，保證電路穩定工作。MAX8506的外部電感需滿足以下要求：電感量為4～6μH，直流電阻低于400mΩ，飽和電流高于最大功放功率對應的負載電流與1/2電感峰值電流之和。
MAX8506的輸出作為MAX2291主Vcc電源的電路連接如圖3所示。利用WCDMA開發板進行測試，通過調節功率放大器的Vcc和RF輸入功率達到所要求的輸出功率和所希望的ACPR：-38dBc。然后記錄消耗電流，計算效率。
測試設備采用Agilent E4433B信號發生器、Agilent E4406A測試儀、電源、RF耦合器、20dB衰減頭和RF功率計。
E4433B選擇3GPP調制、上行鏈路、DPCCH+1 DPDCH，Agilent E4406A用于測量ACPR。測試數據如圖4所示，MAX2291輸出功率為+27dBm時，由于MAX8506處于旁路狀態，輸入電源直接與輸出連接，沒有經過開關調節器，此時，在兩種情況下MAX2291的功效均為34.6%。輸出功率為+24dBm時，如果采用固定的+3.5V供電，功效為+25.7%；如果利用開關調節器供電，功效可提高至30.5%。輸出功率只有+16dBm時，功效從8.3%提高到18.9%，并保持-38dBc的ACPR。輸出功率為+10dBm時，PAE從2.8%提高到8.3%。
