电池   电池 寿命或工作时间是手机、PDA、笔记本电脑等便携式无线系统中的关键因素，因为它最终决定这些设备的可移动性。     714232128943 随着外形尺寸日益减小以及功能不断增加，电池能量显得不足，从而降低了移动电子产品解决方案的实用性。
　　实际上，在一个无线系统中，射频功放消耗了大部分能量，因其必须以足够的功率驱动 天线   天线 ，以便将信号发射到远端的接收器。因此，无线系统的电池寿命极大地依赖于功放，所以功放的效率要尽可能的高但又不能以牺牲线性度为代价。

图1：802.11 g信号的功率输出概率分布。
　　要想使射频功放获得高效率和高线性度，可采用以下两种方法：(1)利用反馈控制使高效的非线性功放线性化；(2)提高线性功放的效率。对于前者，控制环路的带宽必须明显大于被线性化的信号(低频信号包络或全部射频信号)的带宽，以便快速处理信息，从而真正跟随该信号。
　　考虑到此项技术正逐步达到其极限以及高频操作必然意味着更高的开关损耗，将功放线性化的方法不可避免地使功放的带宽降低到其极限范围内，但并未达到给定工艺技术的极限，这在802.11 a/b/g等高带宽、高线性应用中尤其不利。因此，提高线性功放的效率可能是一种既能提高电池寿命，又不会显著降低线性度的可行方法。
　　目前，几种无线通信技术已经得到了广泛的应用，例如 GSM   GSM 、WCDMAIS-95、WWCDMA及IEEE 802.11a/b/g等。局域无线应用的需求增长使802.11 a/g信号获得迅速普及。但不幸的是，与这种趋势相伴的副效应是更高的频谱密度以及由此而产生的更高线性度，这从802.11 a/g信号所要求的高带宽、高峰均功率比(PAPR)以及超出平均值功率水平的高倾向性可以看出。因为不仅线性需求增加，而且还增加信号及包络带宽，所有这些都会导致功效损失，其结果是，在这种环境下传统功放的平均效率降低。
　　传统的固定供电电压线性功放的效率在最大输出功率上达到最高值，且随输出功率下降而迅速减小。电源电压与射频信号峰值电压的差值可以反映没有提供给负载的功率，即功率损失。然而，电源电压必须足够高以能提供最差情况下的输出功率，换言之即提供射频信号的最高峰值电压。当输出功率低于这个水平时，就会产生功率损失。因此，将电源电压作为射频功率(例如发射信号的包络)的函数进行动态调整，就成为一种颇具吸引力的、提高功放漏极功效的方法。
　　在着手设计可调整电源之前，必须考虑射频信号的功率概率分布，因为它决定着电池寿命的改进程度。图1给出802.11g信号功率输出概率分布的一个例子，显示出便携系统大多时候工作在低到中等功率水平条件而非高功率模式下的趋向。最大输出功率可能达到25 dBm，但最概然值大约为16dBm，此处功放效率明显更低。802.11 a/g、WCDMAIS-95及WCDMA信号的情况与此类似。因此，低到中负载条件下的功放效率对于电池工作时间非常关键。

图2：双功放功率共享方法
　　目前已经有几种技术被提议用于提高线性功放的平均效率，尤其是双功放(Doherty)、包络跟随及功率跟随方案。正如早期所证实的，由于固有的带宽(速度)限制，本文不讨论带负反馈的线性化开关功放。前馈方案也不是论述重点，因为前向旁路信号必须与主发射射频或相位信号同步，且延时必须匹配以保持线性度，而这在高性能应用中存在实际困难，这就是为何本文不进一步讨论包络消除与恢复(EER)方案的主要原因。
 双功放功率共享方法(Doherty技术) 
　　在双功放方案中，一个功放提供低至中负载功率电平，而另一个功放则提供高于平均值的功率电平(图2)。因此只有一个功放工作，这是针对关键性的轻至中负载区域(通常易造成功效损失)优化设计的。在较高功率电平上，两个功放能继续工作在它们的增益压缩区域内，因而能保持峰值功率效率。但是，所需的功率分配器及组合器具有一定的损耗，尤其当集成在芯片上时损耗更加严重，而且就成本而言，设计两个功放可能完全没有吸引力。
 包络跟随电源 
　　避免双功放方案意味着需要给电源电压增添智能。在采用包络跟随器的情况下，这意味着迫使电源跟随发射射频信号的包络。因此 ,包络跟随电源要保持在稍高于信号实际峰值的电平上，以便功放能充分处理射频信号、包络及相位，这正是保持线性的方法。由于电源与信号峰值电压之差保持最小，因此由功放导致的功率损失也最小。
　　给电源增加智能的方法是设计一种动态自适应供电电路，但是这也会导致功率损失，不过有望小于由包络跟随方案所节省的功放漏极损失。因此，开关功率电源因其效率较高而不失为一种可行的解决方案。但其效率性能最终要受到开关频率的限制(较高的开关频率导致更多的功率损失)，这就是为什么像CDMA及 WCDMA信号这类拥有低包络带宽的射频信号(不像802.11 a/b/g等频谱密度更高的信号)能从这种方案中受益最多的原因。
 功率跟随电源 

图3：包络跟随电源方案
　　随着包络带宽的增加，可采用另一种动态方案，这也是平均功率跟随能够有其用武之地的主要原因(图4)。如果取平均值的话，跟随高带宽包络平均功率所需的带宽很低，这对于 开关电源   开关电源 很有吸引力，当然，必须在功率效率范围以内。由于现在电源处于平均水平，包络跟踪方案可在低输出功率电平上减少由功放引起的功率损失，但较大的节省则仍需通过传统固定电源方案实现。
　　在跟随平均功率时，高峰均功率比(PAPR)信号被限幅并因此而失真(即线性度下降)，这就是为什么该方法对于CDMA、WCDMA及802.11 b(不包括802.11 a/g)等低PAPR及很少的高平均功率电平应用具有最大吸引力的主要原因。芯片最终将少数低功率信号转换为误码率可接受的信号，而在802.1 a/g信号情况下，误码率将显著增加。
　　表2为上述几项技术的定性比较。由于许多系统各具利弊，因此没有哪一种解决方案能适合所有应用。所以，如果最关心的是获得一种实用的便携式解决方案，可将芯片集成、效率、频谱密集信号的线性度以及复杂性等作为最重要的参数来考虑，并分别分配3、3、2和1的加权系数。然后我们再定性地将以上方案定为1级(最低性能)到4级(最高性能)。(x) 为等级数，其中高等级(例如x = 4)意味着性能最高。
　　由于带宽要求和相应的电源效率限制，包络跟随并不是一种最具吸引力的解决方案。而跟随平均功率，则在集成度与复杂性方面似乎是一种最佳方案。在高概率情况下，对于像802.11 a/g等高PAR及频谱密集型信号，双功放方案可能是仅有的一种选项，尽管其复杂度较高且有集成极限。但须指出的是，在这一点上，完全通过调整自适应电源的偏置条件(也调整其偏置电流)来提高效率的方案，可能是包络跟随或功率跟随方案。

图4：功率跟随电源方案
　　考虑到802.11 a/g信号要求不断提高，而且不太适合以上讨论的技术，因此我们将重点集中在以下方面，即提高功率跟随方案的能力以捕获PAR事件，并相应地提高线性度与误码率指标。
　　简言之，我们正在寻求降低慢变化功放电源电压以提高功放效率，并保持高电源效率的方法，这可通过增加一种非线性而连续的电路去跟随频繁发生的PAR事件，同时要将复杂性与集成度至于控制之下。当然，最终的衡量指标是频谱密集信号的功放线性度以及电池使用寿命。  12500  "# 作者：Gabriel A. Rincón-Mora　Hsuan-I Pan　      摘自：电子工程专辑