高效率无线发射机的动态电源设计方案

高效率无线发射机的动态电源设计方案
高效率无线发射机的动态电源设计方案

第一章引言 近十几年来，许多商用级的无线技术产品发展可归于一个词——移动性，这显示了无任何金属连线而能进行方便通信的能力。在无线通信方面，由于先进的电池供能技术和半导体工艺的发展，无线设备及电路设计已经走离室内，而迈向移动性。　具有不同载波调幅的无线发射机一个极重要指标是其输出效率。在调幅量增加和蜂窝系统功率控制以驱动平均载波时都会进一步降低电池电压。在这种情况下无线发射机只好以降低效率方式工作。因为发射机输出级的功放接口是天线，在输出信号振幅低于电源电压时天线的效率变低。　从根本上说，由于传统射频功放在低功率电平时遭受效率降低，这种倾向会导致电池寿命的降低。　本专著旨在使用功率处理领域的新技术来降低无线发射机的平均功耗使之工作在不是最大功耗状态。应当指出，功放器电源电压的效率及其快速调节可以提高达一个数量级的平均效率。　本专著给出了射频功放开关稳压源的设计及最佳处理过程。设计程序的各个输入包括系统制约如包络带宽、频谱要求、以及输出功率电平的统计学等等。最后结果是降压式布克(BUCK)DC－DC变换器和LC滤波部件的CMOS功率开关的最佳化。设计的开关和滤波器部件要满足最小平均功耗时的动态响应标准。最佳前馈控制或反馈控制的控制系数则可基于功率增益的动力学入手。　1.1总概 由于电池电压的限制，射频功放器遭受效率降低使其工作在低于最大输出功率时，这种状态称之为功率断背(powerbackoff)(见参考文献1)。这一问题是通过高数据标准的使用复合出来的。　较高的数据率需要较深量的调幅以增加符号比特率(bitspersymbol)的数量(参考文献2)。调幅量增加愈深，峰值一平均功率比(PAR)愈大。峰值一平均功率比用于度量通过功放提供给天线的峰值一平均功率。因而作为发展中的无线标准，传统的发射机系统将被迫工作在较低的平均效率下(参考文献3)。　表1示出的是2G和3G的蜂窝标准和国际互联网的无线协议(参考文献4)。这里，已经示出美国和欧洲从AMPS和GSM再到CDMA-2000和WCDMA(UMTS)的蜂窝标准。示出的国际互联网的无线标准阐明了峰值一平均比的倾向。表1显示的另外倾向都将影响发射机的性能，包括带宽和功率控制范围。较高的包络带宽意味着符号之间的各暂态会以较快的速率运作。这给发射机施加了压力，潜在的要求电源的偏置调节能力愈加变快。更多的功率控制暗示，需要功放器可以工作在一更宽的动态范围内。本专著第二章将会指出，如功放器没有偏置电平调节——包括电源的动态调节——其结果将会显著地降低发射机的平均功率效率。　1.2以前的研究工作 表2汇集了以前已公布的典型功放动态偏置资料。此表见证了散见于各文献中相关发射机装置及其包络带宽等数据。在最高效率和平均效率之间作一区别。指定的最高效率仅仅是在最大功率时因而没有直接论及电池的寿命。长时期能量效率测得的平均效率是发射功率统计学的函数。　正如参考文献13中sevIC所说，在决定发射机电池需求时测得的平均效率可能是最重要的。　本部分将论述表2中的以前研究工作的概念和术语。其次的部分将详述本设计报告的目的，并论述本研究项目的优势所在。