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手机功放的作用及特性要求什么是功放?功率放大器PowerAmplifier,简称PA简称功放,俗称“扩音机”,是音响系统中最基本的设备,它的任务是把来自信号源专业音响系统中则是来自调音台的微弱电信号进行放大以驱动扬声器发出声音手机功放的特性要求GSM/GPRS四频手机是依据ETSI/3GPP的通讯标准来传送信号,所以功率放大器的特性必须符合以下的要求一般而言,PA之输出功率等级在GSM850MHz/900MHz频段,分为533dBm195dBm〜等十五个功率等级,在DCS1800MHz/PCS1900MHz频段,则有030dBm15OdBm〜等十六个功率等级,随着手机距离邻近基站的远近与手机收信状况的好坏,PA的输出功率等级必须依据基站的指示做相对调整及精确的设定,不是只有单一的输出功率因为GSM/GPRS通讯系统乃是TDMA系统Time-Division-multiple-Access,故信号之传送up-Link与接收down-Link不是同时间发生的,而PA主要是负责传送手机信号到基站,其PA功率操作反应时间必需符合ETSI/3GPP通讯标准之规范,如图1所示,分三段时间区域a28us b
542.8us c28us,在a区域,当手机欲传送信号到基站,PA必须在28us内做好Power-ramping-up的准备工作,使PA输出功率保持在一个稳定且固定的值,以便开始做真正的手机信号传送工作,此即为b区域,而当信号传送完毕,一样须在c区域28us内做完Power-ramping-down即关掉PA Power,以节省电池电流消耗,同时进入接收模式接收基站信号,另外,有两点值得一提的是1在a与c区域中,PA之反应速度要够快,以使PA能在28us内分别达到PA全功率输出与无功率输出,而且其功率输出的增加率ramping-up或递减率ramping-down也必须能有适当的快慢以达到很平滑smooth的功率上升、下降曲线,否则容易产生所谓的开关频谱噪声,进而影响邻近手机使用者之通话品质2在b区域中,PA之输出功率必须维持非常稳定,功率变动范围在±ldB内,否则手机欲传之信号很容易因PA本身功率不稳定,而受到PA的调变,因而产生调变频谱噪声,此将大大提升手机本身通话时之BER Biterror-rate,使通话品质不佳Power versusTime因移动手机与基站的最远距离约有35公里,PA的输出功率约在3f35dBnb所以PA需要较大的供应电流,其电流可高达L6~2A,一般PA的输出效率约在50%,再加上PA工作周期duty cycle到GPRS Class12的应用时将会达到50%4个时隙,因此PA模块将会产生大量的热在IC本身,所以必须有很好的散热处理,否则PA容易因过热而损坏因移动手机本身常会在相当不好的环境中使用,如高速行驶、恶烈气候环境等,所以手机本身的接收灵敏度Sensitivity要求很高,在此同时,PA所需之输出功率又要比较高,故对PA工作时相对产生的接收频带噪声功率等等特性之要求将更加严格一般手机PA在正常的操作模式下,输出端所看到的阻抗为50鱼戟,但是当手机使用者不当使用手机,例如手握天线,甚至拔掉天线,将会发生PA负载阻抗完全偏离正常工作50Q负载,这就是所谓的PA失配mismatch,在这样的状况下,PA功率送不出去,将会导致更多的热散在IC上,易导致PA烧坏,此外,因PA本身是大功率组件,除了输出功率,同时会产生很大的热噪声,PA本身即会有很大的稳定度问题,若是再发生失配状况,更易导致PA振荡,因而产生其它频率之噪声SpuriousOscillation noise,影响到其它手机系统使用者,故PA设计本身必须确保在失配状况下,PA不会发生振荡与烧坏之现象如同前点所说,PA乃是一个大功率组件,且其输出端功率乃是用微带传输线来做阻抗匹配,故RF信号容易经由介质耦合和空气中辐射到PA外围手机通讯电路,甚至影响邻近手机使用者其中最典型的例子即信号耦合到PLL中的VCO,容易造成VCO的频率偏移,此将大大影响手机本身之通话品质,故PA设计本身之屏弊与隔离乃是充满挑战的一个课题PA的技术与运作PA的设计近年来由于在IC输出阻抗匹配线路之Q值不佳,所以多采用多芯片模块MCU,Multi-Chip-Module的结构,如图2DCS/PCSRF input图2PA的功能方块图VAPC依功能包括以下三大部份GSM RFinput50输入/输出匹配线路以便与外围电路如压控振荡器、切换开关器Switch做适当的阻抗匹配与功率传送CMOS功率控制IC此IC可说是PA模块的核心,其功能含提供HBT IC直流偏压DC-Bias、频带选择Band-Selection betweenGSMand DCSBand、温度补偿、自我功率测量确保PA所输出功率为基站需求值,输出功率调整不同之输出功率等级调整、功率开关在传送与接收之间做切换及保护装置电路避免手机使用不当,而发生损坏之现象GSM/DCS HBT PA IC此HBTPAIC主要功能为射频信号的功率放大,目前手机PA都是利用神化钱制程的异质结双数晶体管GaAs Hetero-Junction-Bipo1ar-TransistorHBT制造而成在应用上,PA必须外加一控制回路才能使其运作完全符合E-GSM/DCS/PCS的标准,如图3图3功率控制回路使用上,通过基带送一个VDAC值来设定PA所需传送出去的功率值,再利用传感肖特基二极管,测量PA的输出功率,其测量值与VDAC的值相比较,以得到一个误差电流,再经由积分器Cin积分,以决定VC的输出电压,然后,应用VC的电压值来调整PA的放大功率,如此形成一个稳定的控制回路系统,才能确保PA输出功率为基带所设定的功率值。