CDMA/EVDO 及WCDMA/HSPA 是3G部署范圍最廣泛的兩種技術(shù)。此兩種技術(shù)取決于碼分多址（CDMA）數(shù)字無線技術(shù),，使許多用戶可以有效地利用同一塊射頻頻譜中的語音和數(shù)據(jù)通訊,。CDMA是種依靠獨特的“切代碼”分配給每個用戶的擴頻射頻通信，以區(qū)別在相同RF頻譜的其他使用者,。頻譜擴充提高了信道容量,，并允許多個用戶使用運營商的完整帶寬。CDMA/EVDO網(wǎng)絡(luò)運營商使用1.25MHz,，而WCDMA/HSPA網(wǎng)絡(luò)利用更廣泛的5MHz,。數(shù)據(jù)傳輸率還可以在無線網(wǎng)絡(luò)中進一步增加高階調(diào)制，以提供更好的用戶體驗與無線數(shù)據(jù),。
多頻段CDMA和WCDMA手機需要更大的射頻設(shè)計工作,，以提供足夠的輸出功率并確保線性度和效率在每個頻帶的正常運作。設(shè)計通常包括一個功率放大器和有利每個頻段的雙工,，RF濾波器和開關(guān),，以配合多個射頻輸入至單一的天線。為了降低多頻段手機設(shè)計的復(fù)雜性,，ANADIGICS研發(fā)了雙頻CDMA和 WCDMA功率放大器模塊,。通過在單一封裝中集成兩個功率放大器模塊，和之前使用兩個單獨功率放大器的DC和RF信號線設(shè)計相比,，可有效減少電路板面積,。本文將描述雙頻功率放大器模塊在CDMA/EVDO和WCDMA/HSPA手機設(shè)計的典型應(yīng)用。
本文將側(cè)重于ANADIGICS AWT6221在UMTS第2和第5頻段,，雙頻段WCDMA/HSPA的手機設(shè)計應(yīng)用,。 ANANDIGICS的AWT6221曾榮獲由中國產(chǎn)業(yè)信息部頒發(fā)的信息化應(yīng)用、通信技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)秀成果獎,。
和一般標(biāo)準(zhǔn)的功率放大器相比,，AWT6221雙頻功率放大器大幅降低平均電流功耗高達75％，并增加高達25％的通話時間,。
ANADIGICS的HELP3功放,，比如AWT6221功率放大器采用了該公司獨有的InGaP - Plus技術(shù)，在同一BiFET晶圓片中,，集成了HBT及pHEMT設(shè)備,。通過可選的偏置模式， HELP3功率放大器在低范圍和中端輸出功率水平中呈現(xiàn)了最佳的效率,。智能偏置電路的AWT6221降在低功率水平中可降低電流功耗至8mA,。通過集成兩個獨立的功放鏈，超迷你AWT6221在這兩個頻段中提供卓越的性能,，并節(jié)省印刷電路板面積,，見圖2。
圖2. AWT6221參考設(shè)計
AWT6221是為雙頻段WCDMA/HSPA的手機UMTS頻段2(824-849MH)和頻段5(1850 -1910MHz）而開發(fā)的,。3GPP技術(shù)規(guī)范了用戶設(shè)備第3級的功率,必需達到或超過這些最低性能水平,。
• 最大輸出功率: +24dBm +1/-3 dBm
• 鄰道泄漏功率比(ACLR) +/- 5MHz: -33dBm
• 鄰道泄漏功率比(ACLR) +/- 10MHz: -43dBm
• 最大諧波排放指定的頻率: 30 – 1000MHz: -36dBm/100kHz之間
ο 在 1 -12.75GHz: -30dBm/1MHz之間
ο 在869 – 894MHz: -60dBm/3.84MHz之間
ο 在 1930-1990MHz: -60dBm/3.84MHz之間
ο 在 2100-2170MHz: -60dBm/3.84MHz之間
大部分CDMA和WCDMA網(wǎng)絡(luò)的頻分雙工系統(tǒng)，允許不同的射頻頻段分配給上行鏈路（從移動到基站）和下行（從基站到移動）同時間聯(lián)系,。雙工器用于移動設(shè)備以允許UL和DL利用單一的天線,。UMTS頻段2中，我們選擇Avago科技的微型FBAR雙工高Q反應(yīng)的ACMD - 7403,。針對Band 5,，我們選擇Epcos低損耗SAW雙工的B - 7663,。該參考設(shè)計還包括CP402A薄膜功率方向耦合器的耦合AVX,為許多頂級3G芯片組提供所需的射頻功率。
AWT6221參考設(shè)計的發(fā)展起始于功放進一步耦合與雙工S參數(shù)的測量,。在此測量上,，零歐姆電阻被用來縮短電路板上的匹配元件，見圖3,。
S參數(shù)描述N端口每一個端口網(wǎng)絡(luò)反應(yīng)的的電壓信號,。第一個數(shù)字的下標(biāo)指的是應(yīng)對口，而第二個數(shù)字指的是事件口,。因此S21指信號端1在口2造成的反應(yīng),。S參數(shù)來自行和列數(shù)量相等的矩陣口。沿S矩陣對角線的參數(shù)被稱為反射系數(shù),，對角S參數(shù)被稱為透射系數(shù),，因為他們只發(fā)生在單一端口。S矩陣的二端口網(wǎng)絡(luò)見下表：
反射系數(shù)（S11）針對頻段2和頻段5射頻路徑的頻率范圍來測試,。功率放大器于不符合電路的輸出形成一系列的阻抗變化,，其結(jié)果顯示于史密斯表格見圖 4、圖5,。
圖4. Cell Band: PA output to Antenna Port without Matching
圖5. PCS Band : PA output to Antenna Port with(out) Match
對于任何功率放大器,，輸出阻抗在運作上有重大影響，并強烈的影響了轉(zhuǎn)移到天線,，線性（ ACLR ）和運作效率的功率,。像ANADIGICS廠商的功率放大器可幫助工程師做好權(quán)衡這些負載牽引信息。最佳輸出阻抗會被其他射頻鏈元件特點所影響,，如雙工器和交換機并不總是50Ω,。變異頻率雙工特征頻段內(nèi)的優(yōu)勢及運作溫度，在發(fā)展良好的WCDMA射頻設(shè)計中特別具挑戰(zhàn)性,，見圖6,、圖7。
研發(fā)AWT6221參考設(shè)計的下一步是匹配雙工天線的阻抗,，盡量減少在每個頻段阻抗的變化頻率,。雖然簡單的二元件從理論上看有超過窄帶頻率的優(yōu)良表現(xiàn)，在更廣泛的帶寬中獲得良好的表現(xiàn),，并補償由于生產(chǎn)的公差和溫度的變化,，或電壓造成的可預(yù)期變數(shù)，往往需要額外的符合要素,。 3元件為兩種頻帶選擇的結(jié)果顯示于史密斯圖表,。匹配的網(wǎng)絡(luò)大大降低了在雙工下的阻抗變數(shù)，從而簡化了可符合的其余電路，見圖8,、圖9,。
圖8. Cell Band: PA output to Antenna Port after Duplexer to Antenna optimization
圖9. PCS Band : PA output to Antenna Port with(out) Match
研發(fā)AWT6221參考設(shè)計的再下一步是功率放大器和耦合器+雙工之間的配對。再次,，針對頻帶2和頻帶5,，為射頻路徑的頻率范圍來測定的反思（S11）見圖9-1；最終是要用于制定可符合在WCDMA運作中,，每個頻段以最小的阻抗變數(shù)，優(yōu)化功率放大器性能要求的網(wǎng)絡(luò),。與以前一樣,，3元件網(wǎng)絡(luò)才能實現(xiàn)良好的效能；結(jié)果顯示于圖10,、圖11的史密斯圖表,。
圖10. Cell Band: PA Load optimization
圖11. PCS Band : PA Load optimization
最終成品參考設(shè)計符合WCDMA在頻段2和頻段5于室溫下的要求。此外,，該匹配網(wǎng)絡(luò)在所有預(yù)期范圍內(nèi),，仍能保持性能規(guī)格的條件下，將變化的頻率,，溫度和電源電壓減至最少,，見圖12、圖13,。
圖12. Cell Band ACPR performance Over Temperature and Voltage
圖13. PCS ACPR performance Over Temperature and Voltage
本文中討論的參考設(shè)計可為新設(shè)計的3G手機,，數(shù)據(jù)卡，無線調(diào)制解調(diào)器和其他的WCDMA/HSPA設(shè)備提供有用的起點發(fā)展,。在研發(fā)新的設(shè)計時,，工程師需要考慮設(shè)計的重要功能要求，并考慮改變在這里討論的匹配網(wǎng)絡(luò),，以實現(xiàn)在輸出功率,，線性度，效率和其他射頻參數(shù)的最佳權(quán)衡,。審查每個功率放大器的負載牽引,，將有助于確定可能不是50Ω的最佳輸出阻抗匹配點。這位工程師還必須考慮到每部分變異的射頻路徑和網(wǎng)絡(luò)選擇,，減少天線輸出的變數(shù),，并且不超過預(yù)期的使用溫度，頻率和電源電壓,，讓所有的射頻參數(shù)維持于可接受的水平下,。最后，功率放大器的控制反射（回波損耗），以避免導(dǎo)致電路中的不穩(wěn)定或振蕩將是重要的,。
ANADIGICS的AWT6221是3G手機和數(shù)據(jù)設(shè)備中,，雙頻功率放大器系列中的其中一款。目前ANADIGICS的雙頻功率放大器產(chǎn)品列出如下,，新的設(shè)計也正在研發(fā),。
• AWT6221: WCDMA/HSPA HELP3適用于UMTS頻段2及5的雙模PA
• AWT6222: WCDMA/HSPA HELP3適用于UMTS頻段1及6的雙模PA
• AWT6224: WCDMA/HSPA HELP3適用于UMTS頻段1及8的雙模PA
• AWT6321: CDMA/EVDO HELP2適用于蜂窩及PCS頻段的雙模PA。