3G手機通俗地說就是指第三代（The Third Generation）手機。隨著科技和經(jīng)濟的發(fā)展，目前的手機的品種和型號也是多的讓人目不暇接，從代模擬制式手機到第二代的GSM、TDMA等數(shù)字手機，再到現(xiàn)在的第三代手機，手機已經(jīng)成了集語音通信和多媒體通信相結(jié)合，并且包括圖像、音樂、網(wǎng)頁瀏覽、電話會議以及其它一些信息服務(wù)等增值服務(wù)的新一代移動通信系統(tǒng)。 具備強大功能的基礎(chǔ)是3G手機極高的數(shù)據(jù)傳輸速度，目前的GSM移動通信網(wǎng)的傳輸速度為每秒9.  CDMA2000明星手機 摩托羅拉XT8006KB,而第三代手機終可能達到的數(shù)據(jù)傳輸速度將高達每秒2MB.而為此做支撐的則是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)充分糅合到3G手機系統(tǒng)中，其中重要的就是數(shù)據(jù)打包技術(shù)。在現(xiàn)有GSM上應(yīng)用數(shù)據(jù)打包技術(shù)發(fā)展出的GPRS目前已可達到每秒384kbps傳輸速度，這相當(dāng)于D-ISDN傳輸速度的兩倍。3G手機支持高質(zhì)量的話音，分組數(shù)據(jù)，多媒體業(yè)務(wù)和多用戶速率通訊，將大大擴展手機通訊的內(nèi)涵。實現(xiàn)如此豐富、強大的功能，面臨的問題就是手機電池的功耗和通話時間，如何節(jié)省電池功耗已經(jīng)成為手機設(shè)計者必須面對的迫切問題之一。

　　"輸出功率" nominal power;也叫做"標(biāo)稱輸出功率，nominal output power". "輸出功率" 在學(xué)術(shù)文獻中的解釋：對于其他電器而言，標(biāo)稱功率，也叫標(biāo)稱輸出功率，它是指在電器不失真的前提下，能夠長時間工作輸出功率的值，而功率是指在不損壞電器的前提下瞬時功率的值，也就是電器所能承受的負(fù)荷能力。 

　　為手機傳輸信號的功率放大器（PA）一直是手機中耗電量的元器件，因此有效地降低功率放大器的平均消耗電流將能大幅度延長手機的通話時間。在本文中，我們將探討一種全新的功率放大器設(shè)計概念，其功率放大器的驅(qū)動電路在一般情況下都以中低等輸出功率工作，只有在需要高輸出功率時才啟動功耗較高的功率放大器電路。這種技術(shù)不但可以有效地降低功率放大器的平均電流，而且操作非常簡單。了解手機在實際使用情況下的輸出功率概率分布，是在有限的電池容量下有效地延長通話時間的重要基礎(chǔ)。

　　手機功率放大器的關(guān)鍵規(guī)格

　　手機功率放大器是由于CDMA系統(tǒng)有一套的功率控制方法。CDMA系統(tǒng)中的功率控制分為前向功率控制和反向功率控制。反向功率控制又分為僅有手機參與的開環(huán)控制和手機、基站同時參與的閉環(huán)功率控制。反向開環(huán)功率控制由手機獨立完成，手機根據(jù)它本身在小區(qū)中所接收功率的變化，迅速調(diào)節(jié)手機發(fā)射功率。正是由于這些的功率控制，才使CDMA手機能保持適當(dāng)?shù)陌l(fā)射功率。

　　線性度：功率放大器的線性度將直接影響到手機的性能，例如CDMA2000系統(tǒng)中的相鄰頻道功率比（ACPR）和WCDMA系統(tǒng)中的相鄰頻道泄漏比（ACLR）。為避免與其它頻道或系統(tǒng)間的相互干擾，不管在何種情況下，也不能為達到這些規(guī)格的要求而妥協(xié)。

　　功率加效率：功率加效率（PAE）是通過放大器取得輸出的射頻功率和輸入的直流功率的百分比：

　　傳統(tǒng)的3G功率放大器設(shè)計都把焦點放在如何在高功率模式下取得較高的PAE.例如，使用E-pHEMT（增強模式偽形態(tài)高電子遷移率晶體管）的傳統(tǒng)CDMA功率放大器在+28dBm輸出功率時可以達到40%的PAE,但在中、低功率輸出時的PAE卻會降得很低。

　　當(dāng)采用旁路高功率級3G功率放大器的設(shè)計概念，而不是試圖將高功率模式的效率化時，我們將可專注于如何在提高實際工作情況下包含高、中、低等功率模式的整體通話時間。如果能有效地選擇驅(qū)動電路的增益、功率輸出能力和線性度以及輸出級電路，包括通話時間在內(nèi)的整體性能都可以得到大幅度地改善。

　　增益控制：在CDMA或WCDMA功率放大器上常見的偏壓控制基本上可以分為兩種，即模擬偏壓控制和數(shù)字偏壓控制。模擬偏壓控制較為復(fù)雜，部分原因是由于需要基帶芯片組提供穩(wěn)定、可變的模擬電壓，與提供較寬松的"on"或"off"數(shù)字控制電壓相比來說要困難許多。此外，改變模擬控制電壓經(jīng)常會影響到放大器的增益平穩(wěn)度，使手機輸出功率的調(diào)整更加困難，因此的3G功率放大器設(shè)計一般都會采用數(shù)字控制。

　　功率放大器如何延長通話時間

　　在大部分的情況下，提升功率放大器的高功率模式PAE通常只能微幅改善通話時間。從圖1所顯示的實際CDMA系統(tǒng)中，可根據(jù)手機輸出功率概率分布函數(shù)的計算結(jié)果來證明這項假設(shè)。

　　如圖1所示，不管手機是在市區(qū)還是郊區(qū)使用，它的功率輸出大部分集中在-10dBm至+10dBm（中/低功率范圍）的范圍內(nèi)，只有在少數(shù)距離基地臺較遠的郊區(qū)才有可能長時間使用高輸出功率模式。如果只專注于改善高功率模式的PAE,其實并不能大幅度延長通話時間，所以我們應(yīng)該將重點放在提高中、低功率的PAE上。圖1中同時也顯示了幾種不同的功率放大器模塊（PAM）在低、中和高功率模式下工作時的相對電流消耗。與智能PAM或模擬PAM相比，圖1中的傳統(tǒng)PAM在中、低功率范圍時耗電量。因為其增益幾乎在所有功率輸出范圍都維持固定，而智能PAM因為采用數(shù)字偏壓調(diào)變，在中、低功率模式下不但可以微幅降低增益，還可以微幅改善電流消耗。模擬控制PAM則在增益控制上使用可變的模擬偏壓，雖然可以微幅改善通話時間，但是卻會造成大幅度的增益變動。另一方面，不管是代或第二代的CoolPAM技術(shù)，都采用獨特的數(shù)字偏壓切換和適當(dāng)增益控制的組合，可使CoolPAM放大器在中、低功率模式下大幅度降低電流消耗，同時降低待機時的耗電量。

　　平均電流和通話時間的關(guān)系：

　　平均電流 = ∫ （PDF （ 電流） dp

　　通話時間正比于平均電流的倒數(shù)。（注：PDF為概率分布函數(shù)，如圖1.）

　　功率放大器平均電流是每種可能輸出功率模式的電流乘以在-50dBm到+28dBm輸出功率范圍內(nèi)的相對應(yīng)使用概率的積分，那么通話時間就與這個平均電流的倒數(shù)成正比。

　　根據(jù)這個關(guān)系，平均電流實際上是受到系統(tǒng)中功率輸出概率分布的影響，所以按照該原則所得到的3G功率放大器設(shè)計可以用來改善中、低功率的PAE,并降低中、低功率的電流消耗。

　　3G PAM的設(shè)計概念

　　從圖2中可以看出，傳統(tǒng)的功率放大器通常以固定增益形式設(shè)計，在+28dBm輸出功率的高功率模式下一般可以實現(xiàn)40%的PAE,但在+16dBm輸出功率時卻只能實現(xiàn)8%到10%,而且當(dāng)輸出功率增加時，大部分功率放大器設(shè)計中的線性度和ACPR特性就會變得更差。特別是當(dāng)功率放大器接近飽和時，ACPR值也將大幅度提高，但對中、低功率模式來說，要符合ACPR規(guī)格并不困難。

　　化的3G PAM設(shè)計概念通常會為高、中、低輸出功率設(shè)計兩種不同的增益。當(dāng)手機需要在高功率模式下工作時，可將功率放大器設(shè)定為高增益模式，但在需要低輸出功率的情況下，也可支持低增益模式。通過改變功率放大器的增益，可大幅度降低中、低輸出功率工作時的電流消耗。它可以提供大約20%的中等功率PAE,而傳統(tǒng)的僅能達到8-10%.雖然低功率低增益模式會對ACPR值的產(chǎn)生一定影響，但還是能夠提供足夠的余量來滿足ACPR的限制要求。

　　功率放大器的設(shè)計實現(xiàn)

　　這種級旁路功率放大電路（stage-bypass PA）的應(yīng)用其實非常簡單。如圖3中所示，當(dāng)手機需要高輸出功率時，第二級電路的并聯(lián)開關(guān)就會打開，發(fā)送信號便可通過兩個串接的功率級電路放大，達到+28dBm的輸出功率。而當(dāng)手機只需中、低功率輸出時，該開關(guān)可以自動關(guān)閉，通過旁路第二級電路并關(guān)閉偏壓。因此在設(shè)計上主要的要求是級電路必須能提供中、低功率工作時所需的線性度和輸出功率容量。

　　實現(xiàn)此旁路功能的簡單方法就是使用晶體管作為開關(guān)，但缺點則是該晶體管也需要電流來工作，這種額外的電流消耗將會增加放大器的整體耗電量，因此CoolPAM功率大器是通過變更并聯(lián)傳輸線的阻抗實現(xiàn)切換功能。

　　平均電流的比較

　　如圖4所示，與傳統(tǒng)功率放大器相比，化的功率放大器不管是在市區(qū)或郊區(qū)，都擁有較低的平均耗電。

　　平均電流是將每個輸出功率乘以概率分布函數(shù)的總和加起來計算。對于在市區(qū)工作的傳統(tǒng)功率放大器來說，典型平均電流約為118mA,在郊區(qū)時則為136mA.兩種情況相比，采用旁路高功率級電路的3G功率放大器可實現(xiàn)大約36mA或更低的平均電流。如果采用一個850mA/H的電池，而且基帶芯片組的平均電流消耗為200mA,那么傳統(tǒng)的功率放大器在市區(qū)的通話時間為160分鐘，在郊區(qū)則為152分鐘。具有消除額外功率消耗的旁路切換晶體管的CoolPAM功率放大器，如果在相同的條件下，在市區(qū)的通話時間可以達到224分鐘，比傳統(tǒng)功率放大器還要高出64分鐘。