摘要

在手持設(shè)備中給射頻功放供電一直是一個(gè)比較難做的設(shè)計(jì)，因?yàn)橐环矫嫘枰岣呱漕l功放的工作效率用來延長電池的工作時(shí)間，另一方面又不能在提高工作效率的同時(shí)降低功放的工作性能，所以必須為其提供一個(gè)滿足要求的高效直流電源。常規(guī)的方式是將功放的電源端與電池直接連接供電，但是這種工作模式會(huì)使得功放的工作效率很低，不能滿足高效低功耗要求。德州儀器公司推出的SuPA（Supply for Power Amplifier）系列的DC-DC 產(chǎn)品從工作機(jī)理上做了創(chuàng)新，采用平均功率跟蹤（Average Power Track）技術(shù)和包絡(luò)跟蹤技術(shù)（Envelop Tracking）優(yōu)化了射頻功放工作時(shí)功率消耗，從而提高了功放的工作效率，延長了電池的工作時(shí)間。本文著重闡述平均功率跟蹤技術(shù)的工作原理和SuPA 的應(yīng)用設(shè)計(jì)，從而方便設(shè)計(jì)工程師能夠快速地理解和應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高效的功放電源設(shè)計(jì)。

1、簡介

當(dāng)前越來越多的手持設(shè)備要求滿足盡可能長的工作時(shí)間，常用的方式是：一方面，優(yōu)化系統(tǒng)軟件，將不用的軟件關(guān)掉以節(jié)省更多的電能，用來延長電池的工作時(shí)間，這在優(yōu)化應(yīng)用處理器的功率消耗非常有效；另一方面，優(yōu)化系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，采用低功耗、高效率的電源管理單元，這在優(yōu)化射頻單元和應(yīng)用處理器單元的功率消耗非常有效，SuPA 是專業(yè)用于射頻單元里驅(qū)動(dòng)功放的電源，除了繼承DC-DC 的高的工作效率的優(yōu)點(diǎn)以外，它還采取了平均功率跟蹤技術(shù)（APT）用以配合射頻功放工作時(shí)不同功率對電壓的需求，動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出電壓給功放供電，從而滿足高效的工作效率。

2、什么是包絡(luò)跟蹤技術(shù)（Envelop Tracking）

簡而言之，就是在功放的工作電壓與輸入的射頻信號之間建立聯(lián)系使之實(shí)時(shí)互相跟隨，從而提高功放的工作效率的技術(shù)，按照理論計(jì)算，相對直接使用電池的供電方式，它可以幫助系統(tǒng)節(jié)省65%的功耗，SuPA 的新一代產(chǎn)品將會(huì)支持此模式。它的基本原理是：射頻處理單元和基帶處理單元根據(jù)射頻信號、功率等級和功放的自身特性參數(shù)（可以使用功放的查詢表Look Up Table 或者又被稱為調(diào)理表Shaping Table）計(jì)算出包絡(luò)信號（Envelop signal），同時(shí)射頻、基帶單元中的差分DAC 會(huì)提供一個(gè)模擬參考信號，ET 電源（ETPS）會(huì)將包絡(luò)信號放大，然后送往PA，于此同時(shí)PA 會(huì)將RF 信號放大，使得RF 信號和PA 的工作電壓跟隨，最后功放將放大后的信號送給雙工器，雙工器會(huì)把帶寬以外的信號衰減掉，同時(shí)將有用的信號凸顯出來。圖1、圖2、圖3 描述這個(gè)過程中的信號調(diào)理過程。

圖1、包絡(luò)信號系統(tǒng)簡圖

圖2、被包絡(luò)跟蹤電源（ETPS）放大后的信號圖PA_GAIN

圖3、包絡(luò)跟蹤電源（ETPS）輸出的電壓信號與射頻信號包絡(luò)跟蹤圖

3、什么是平均功率跟蹤技術(shù)（Average Power Track）

這種方式又稱為自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)方式（Adaptive Supply），它是根據(jù)功放的預(yù)先輸出功率、結(jié)合功放的自身參數(shù)（可以使用功放的參數(shù)查詢表Look-Up-Table）來自動(dòng)調(diào)整功放的工作電壓的技術(shù)，按照理論計(jì)算，相對于電池直接供電模式，它可以幫助系統(tǒng)節(jié)省40%的電能。相對ET 方式，APT 使用和設(shè)計(jì)起來更加簡單和方便，SuPA 當(dāng)前產(chǎn)品主要支持這種模式。

圖4、平均功率跟蹤（APT）模式，能量消耗區(qū)域，紅色部分為消耗區(qū)

圖5、直接電池供電模式，能量消耗區(qū)域，紅色部分為消耗區(qū)