無線調(diào)制解調(diào)器電源應(yīng)用于手持設(shè)備案例

由于目前使用的射頻功率放大器（PA）缺乏高效率，為手持計(jì)算設(shè)備添加無線通信功能需要使用特殊的電源管理技術(shù)。一些通信協(xié)議允許突發(fā)傳輸技術(shù)，在沒有發(fā)射信號(hào)時(shí)關(guān)斷電源（通過占空比控制），但是在傳輸過程中PA效率的典型值卻不高于40%至60%。相反地，手持設(shè)備中的主電源效率的典型值為90%至95%。許多手持設(shè)備使用一至四節(jié)的非可充電堿性電池工作。與背光顯示相關(guān)的其他設(shè)備則要求使用更高瞬時(shí)功率的鎳甚至鋰電池以延長電池壽命（在充電或者電池被替換期間）。不管電池的類型和配置如何，在調(diào)制解調(diào)器中，為了保證系統(tǒng)合理的工作壽命，無線通信的調(diào)制解調(diào)、PA和射頻電路要求使用更高容量的電池。

典型的系統(tǒng)如PCMCIA無線調(diào)制解調(diào)器，用于傳輸蜂窩數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)包（CDPD）。這樣的設(shè)備可以插入到手持個(gè)人數(shù)字助理（PDA）中，或者是運(yùn)行Windows？ CE系統(tǒng)的手提電腦中，使用3.3V的電源工作僅消耗幾百毫安電流。為了避免主電池的過度漏電，PCMCIA卡通常包括一塊備用電池。備用電池可在傳輸過程中提供電源涌動(dòng)，通常還具有低的等效串聯(lián)電阻（ESR），這在當(dāng)今流行的可充電化學(xué)電池中較為常見。無線通信鏈路的實(shí)際電源主要取決于PA的發(fā)射功率和效率。

例如，無線數(shù)據(jù)通信鏈路中的供電電源（包含備用電池）必須與工作在3.3V電源的主機(jī)手持系統(tǒng)交互（圖1 - 注意適合于手持系統(tǒng)的微型封裝：IC1為16引腳QSOP封裝，IC2為8引腳μMAX？封裝）。備用電池為單節(jié)鋰離子電池，全充電電壓為4.1V至4.2V，殘余電量不低于2.9V。IC1將備用電池電壓轉(zhuǎn)換至3.3V，而IC2則使最終的備用電壓在12mV （0.36%）的誤差范圍內(nèi)跟蹤主電源電壓。

圖1. 該電路為手持設(shè)備添加無線調(diào)制解調(diào)器和功率放大器，同時(shí)提供合適的電源管理功能。

跟蹤電源電壓對于無線硬件和主機(jī)的交互非常重要。這樣保證了雙向數(shù)據(jù)和控制線獲得正確的邏輯電平，而且防止過流從主電池流向調(diào)制解調(diào)器硬件以及從備用電池流向主電池與電子器件。

該電路工作原理如下：首先，考慮調(diào)制解調(diào)器插入到主機(jī)的PCMCIA插槽之前調(diào)制解調(diào)器的狀態(tài)。幾乎沒有能量或者很少的能量能夠從備用電池吸收過來，因而在這種狀態(tài)下調(diào)制解調(diào)器的電源必須禁用。備用電源的開關(guān)控制線為IC2的PG引腳。因?yàn)楫?dāng)調(diào)制解調(diào)器沒有連接時(shí)為IC2供電的主機(jī)VHH電壓不存在，IC2處于關(guān)斷狀態(tài)。

IC2電源關(guān)斷時(shí)電源好（PG）輸出（內(nèi)部為開漏n溝道MOSFET）為高阻，此時(shí)IC2僅吸收漏電流。當(dāng)PG輸出為高阻時(shí)，兩個(gè)電阻分壓器（R6/R7，通過IC1內(nèi)部比較器監(jiān)測備用電池電壓，而R3/R4在電源上電時(shí)設(shè)置VBOOST電平值） 作為ONB線的上拉電阻關(guān)斷IC1電源。在電源關(guān)斷期間IC1開關(guān)模式升壓調(diào)節(jié)器和低壓差（LDO）調(diào)節(jié)器均被禁用。因而有1μA漏電流通過分壓器和1mA電流流入IC1，電池漏電流的典型值為2μA。

考慮電源上電時(shí)功率的要求：如果功率放大器（PA）必須提供0.6W和50%效率，需要1.2W輸入功率。如果工作在50%占空比時(shí)（收發(fā)時(shí)間相等），那么PA的有效功率為0.6W。在3.3V電壓工作時(shí)，負(fù)載吸收約180mA的電流。如果調(diào)制解調(diào)器的其余部分從3.3V電源吸收40mA電流，那么無線通信鏈路的總共供電電流在3.3V電源工作時(shí)為220mA1。

IC1升壓調(diào)節(jié)器在2.7V電源輸入時(shí)能夠提供（在VBOOST引腳）大約800mA電流，使用本征耗盡的Li+電池（2.9V至3.0V）則能夠提供1A或者更大的電流。即使如此仍使用內(nèi)部低效率的LDO為PA和其他的調(diào)制解調(diào)器硬件供電， LDO電流標(biāo)稱值為300mA，最小額定值為220mA。主要的原因是噪聲抑制問題。LDO在300kHz頻率工作時(shí)PSRR值約為38dB，有利于抑制VBOOST引腳上的PWM開關(guān)噪聲。LDO內(nèi)置的濾波器降低了對PA供電電壓上和相關(guān)的射頻發(fā)射部分的后級噪聲抑制的要求或者根本就不需要，因而很容易通過聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）的輻射標(biāo)準(zhǔn)要求。另一方面，斷續(xù)發(fā)射效率大約為8.3%。

VBOOST在3.3V附近跟蹤VHH電壓變化。備用電池在充滿后電壓高于VBOOST，而在電量接近于耗盡時(shí)，電壓低于VBOOST ，因而LDO和升壓調(diào)節(jié)器按順序提供必需的降壓/升壓功能。SEPIC、反激和正向配置也能夠?qū)崿F(xiàn)降壓和升壓功能，但是它們都需要體積龐大、價(jià)格昂貴的電磁存儲(chǔ)元件（變壓器），并且缺少LDO所提供的噪聲抑制功能?；谶@樣的考慮，圖1所示的電路優(yōu)于其它方案。

下一步考慮當(dāng)調(diào)制解調(diào)卡插入主機(jī)的PCMCIA連接器中會(huì)發(fā)生什么情況。這一步作用是使得在相對應(yīng)的電路地（GND）之間以及在所有的雙向數(shù)據(jù)控制線之間電氣上相連接。然后主機(jī)使用EN線來使能或者禁止調(diào)制解調(diào)器硬件。如果EN線在硬件交互時(shí)初始為低電平，那么所有的調(diào)制解調(diào)器硬件將被禁止，對LDO節(jié)點(diǎn)呈現(xiàn)高阻特性。