| 導(dǎo)言 自從寬帶碼分多址 (W-CDMA) 技術(shù)于 1997 年面世以來,便一直成為歐洲、中國及日本等地的電話廠商所共同采用的第三代 (3G) 蜂窩式移動電話標(biāo)準(zhǔn)。W-CDMA 移動電話采用直接順序碼分多址 (DS_CDMA) 技術(shù),而且其傳送原始數(shù)據(jù)的速度可以高達(dá) 3.84Mbps。由于下行鏈路都采用正交相移鍵控 (QPSK) 調(diào)制的電路設(shè)計,因此用戶設(shè)備 (UE) 能夠傳送高達(dá) 2x3.84=7.68Mbps 的原始數(shù)據(jù)。若采用高速數(shù)據(jù)下行鏈路信息包取存 (HSDPA) 模式,廠商更可選用 16 正交振幅調(diào)制 (QAM) 的電路設(shè)計,確保能以高達(dá) 4x3.84=15.36Mbps 的傳送速度傳送原始數(shù)據(jù),也確保射頻信號完整無損。但無論采用哪一電路設(shè)計,射頻載波帶寬仍然局限在 5MHz 的范圍內(nèi) (參看圖 1)。 
W-CDMA 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有分頻雙工 (FDD) 及分時雙工 (TDD) 兩種模式。雖然世界各地鋪設(shè)的 W-CDMA 網(wǎng)絡(luò)大多采用分頻雙工模式執(zhí)行雙工技術(shù),但 W-CDMA 標(biāo)準(zhǔn)也加設(shè)了分時雙工模式,因為部分國家并不是將頻譜對等分配予上行鏈路及下行鏈路。分時雙工技術(shù)較易控制功率,這方面比分頻雙工優(yōu)勝。采用分時雙工模式時,上行及下行鏈路都以同一頻率傳送數(shù)據(jù);因此兩種鏈路所傳送的數(shù)據(jù)都同樣衰減得很快。若果分時雙工傳輸技術(shù)可以根據(jù)來自相關(guān)基站的信號預(yù)測或估算所分配頻道的衰減速度,便可就衰減速度作出更準(zhǔn)確的預(yù)測或估算。換言之,我們無需為其提供閉環(huán)功率控制,而且以采用分時雙工模式來說,理論上單單采用開環(huán)已十分足夠。由于大部分鋪設(shè)的 W-CDMA 網(wǎng)絡(luò)只采用分頻雙工模式,而 W-CDMA 分頻雙工模式的上行及下行鏈路都設(shè)有快速的閉環(huán)功率控制功能,因此用戶設(shè)備通過下行鏈路連接基站時,便需要獲得以硬件執(zhí)行的射頻功率檢波功能為其提供支持,以便符合空氣接口標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。下文將會介紹多款適用于手機或其他用戶設(shè)備閉環(huán)功率控制應(yīng)用方案的子系統(tǒng)電路。 W-CDMA 分頻雙工模式的頻率分配方式 圖表 1 列出世界不同地區(qū)所獲得分配的頻帶,圖表 2 則列出每一用戶設(shè)備必須具備的傳輸功率。按照 W-CDMA 技術(shù)規(guī)格文檔對不同設(shè)備的分類,手機是用戶設(shè)備的一種。其他受歡迎的用戶設(shè)備還有筆記本電腦的 PCMCIA 調(diào)制解調(diào)器插卡或無線個人數(shù)字助理。 
圖表 1：W-CDMA 分頻雙工模式的頻帶分配
圖表 2：用戶設(shè)備的功率級別 目前市場上已出售的手機大部分都屬 2 級功率 (power-class-2) 的用戶設(shè)備,而市場上典型的 W-CDMA 功率放大器最高可輸出約 +29dBm 的射頻功率,因此設(shè)有高速數(shù)據(jù)下行鏈路信息包存取 (HSDPA) 模式的用戶設(shè)備開始大受歡迎。 如何為W-CDMA用戶設(shè)備提供利用硬件執(zhí)行的快速閉環(huán)功率控制功能 圖 2 的電路顯示手持式設(shè)備線性信號放大器所采用的一般性輸出功率控制系統(tǒng)。由于正交相移鍵控 (QPSK) 及 16 正交振幅調(diào)制 (QAM) 信號具有高峰值系數(shù)及零交叉特性,因此 W-CDMA 信號必須具有高度的線性特性,正因為 W-CDMA 信號具有高度的線性特性,所以若直接利用電池輸出的固定供電電壓 Vcc,一般都需要為固定增益的輸出功率放大器提供偏壓。由于放大增益已固定,因此必須改變功率放大器的輸入信號功率,以便調(diào)節(jié)輸出功率。只要在功率放大器輸入端加設(shè)一個增益控制驅(qū)動放 大器,便可實現(xiàn)這個功能。目前,這種自動增益控制 (AGC) 放大器通常設(shè)于 W-CDMA 芯片組的射頻發(fā)送器芯片之內(nèi)。  利用 LMV228 芯片為射頻發(fā)射結(jié)構(gòu)提供支持 圖 3 是我們認(rèn)為很適合 W-CDMA 手機采用的 LMV228 電路圖。圖中的定向耦合器負(fù)責(zé)將功率放大器輸出的射頻信號傳送到 LMV228 芯片的輸入端。以 50 的系統(tǒng)來說,LMV228 芯片最多可以接收 +15dBm 的輸入射頻功率。輸入功率的高低可以利用芯片內(nèi)置的輸入靜電釋放 (ESD) 保護(hù)二極管加以設(shè)定。定向耦合器與 LMV228 芯片之間則設(shè)有可阻隔直流電的電容器,以免高直流電電壓被輸入終端電阻達(dá) 50 的耦合器。若果沒有這個可以阻隔直流電的電容器,直流電便會流入這個 50 電阻,耗用不必要的電源。  目前市場上大部分 W-CDMA 功率放大器可以輸出最高約達(dá) +29dBm 的線性射頻功率。若采用 20dB 的耦合器,傳送往 LMV228 芯片的輸入射頻功率相等于 29 - 20 = 9dBm。究竟 LMV228 芯片可以接收多少實時輸入的射頻功率？這個問題要看用戶設(shè)備采用什么傳送通道而定,但決定采用什么通道之前必須充分考慮調(diào)制系統(tǒng)的最高承受能力。 20dB 定向耦合器 以圖 3 的電路圖為例來說,定向耦合器的優(yōu)點是體積比隔離器小,因此占用印刷電路板較少的板面空間,但定向耦合器的實際大小取決于操作頻率、基底電介質(zhì)常數(shù)、以及所要求的耦合系數(shù)及隔離程度。目前定向耦合器采用以低溫共燒陶瓷 (LTCC) 基底造成的 0603 封裝,由于這種基底較為小巧,因此在 W-CDMA 頻帶范圍內(nèi)其耦合系數(shù)最高只能達(dá)到 20dB。若要將耦合系數(shù)提高至 20dB 以上,便必須采用面積大很多的基底或較高級的電介質(zhì)物料,或干脆采用其他技術(shù)。但至今市場上仍未有這樣的定向耦合器出現(xiàn)。采用 0603 封裝、而 W-CDMA 頻帶范圍內(nèi)的耦合系數(shù)可高達(dá) 20dB 的定向耦合器在市場上并不難找,目前市場上便有兩家廠商供應(yīng)這類定向耦合器。 圖 4 顯示定向耦合器的典型性能。由于隔離效果比耦合系數(shù)高 10dB,因此天線的反射功率可以進(jìn)一步減少,甚至比發(fā)射功率少 10dB。由于這個定向性的特性,LMV228 芯片可以檢測的功率大部分來自發(fā)射功率放大器的輸出,而天線失配所產(chǎn)生的反射功率在傳送到 LMV228 芯片的輸入端之前會被大幅減弱。 
LMV228 的主要特色 LMV228 芯片采用特別的設(shè)計,力求可為 W-CDMA 用戶設(shè)備提供最理想的射頻功率檢波范圍。按照圖 5A 及圖 5B 所示,這款芯片可以檢測由 +15dBm 至 -25dBm 的射頻功率,因此實際檢波范圍高達(dá) 40dB 以上,而頻率反應(yīng)范圍則介于 60MHz 與 2GHz 之間,視乎選用的檢波范圍而定。LMV228 芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計獨特,可提供準(zhǔn)確的溫度補償及供電電壓變動補償輸出電壓,后者與射頻輸入信號電平 (dBm) 之間具有線性的函數(shù)關(guān)系。這個特性一般稱為"以dB為線 |
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