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多頻段CDMA和WCDMA手機需要更大的射頻設計工作，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，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計的復雜性，ANADIGICS研發了雙頻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手機設計的典型應用。

本文將側重于ANADIGICS AWT6221在UMTS第2和第5頻段，雙頻段WCDMA/HSPA的手機設計應用。 ANANDIGICS的AWT6221（見圖1）曾榮獲由中國產業信息部頒發的信息化應用、通信技術創新優秀成果獎。
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????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 圖1. AWT6221

和一般標準的功率放大器相比，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，在同一BiFET晶圓片中，集成了HBT及pHEMT設備。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，并節省印刷電路板面積，見圖2。

??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 圖2. AWT6221參考設計

AWT6221是為雙頻段WCDMA/HSPA的手機UMTS頻段2(824-849MH)和頻段5(1850 -1910MHz）而開發的。3GPP技術規范了用戶設備第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網絡的頻分雙工系統，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）同時間聯系。雙工器用于移動設備以允許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。

AWT6221參考設計的發展起始于功放進一步耦合與雙工S參數的測量。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參數描述N端口每一個端口網絡反應的的電壓信號。第一個數字的下標指的是應對口，而第二個數字指的是事件口。因此S21指信號端1在口2造成的反應。S參數來自行和列數量相等的矩陣口。沿S矩陣對角線的參數被稱為反射系數，對角S參數被稱為透射系數，因為他們只發生在單一端口。S矩陣的二端口網絡見下表：

反射系數（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

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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的優勢及運作溫度，在發展良好的WCDMA射頻設計中特別具挑戰性，見圖6、圖7。

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??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 圖5. PCS Band : PA output to Antenna Port with(out) Match

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研發AWT6221參考設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良表現，在更廣泛的帶寬中獲得良好的表現，并補償由于生產的公差和溫度的變化，或電壓造成的可預期變數，往往需要額外的符合要素。 3元件為兩種頻帶選擇的結果顯示于史密斯圖表。匹配的網絡大大降低了在雙工下的阻抗變數，從而簡化了可符合的其余電路，見圖8、圖9。
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??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????圖8. Cell Band: PA output to Antenna Port after Duplexer to Antenna optimization
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??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????圖9. PCS Band : PA output to Antenna Port with(out) Match

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研發AWT6221參考設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，優化功率放大器性能要求的網絡。與以前一樣，3元件網絡才能實現良好的效能；結果顯示于圖10、圖11的史密斯圖表。
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??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????圖10. Cell Band: PA Load optimization
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??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????圖11. PCS Band : PA Load optimization



最終成品參考設計符合WCDMA在頻段2和頻段5于室溫下的要求。此外，該匹配網絡在所有預期范圍內，仍能保持性能規格的條件下，將變化的頻率，溫度和電源電壓減至最少，見圖12、圖13。
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??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????圖12. Cell Band ACPR performance Over Temperature and Voltage
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??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????圖13. PCS ACPR performance Over Temperature and Voltage

本文中討論的參考設計可為新設計的3G手機，數據卡，無線調制解調器和其他的WCDMA/HSPA設備提供有用的起點發展。在研發新的設計時，工程師需要考慮設計的重要功能要求，并考慮改變在這里討論的匹配網絡，以實現在輸出功率，線性度，效率和其他射頻參數的最佳權衡。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絡選擇，減少天線輸出的變數，并且不超過預期的使用溫度，頻率和電源電壓，讓所有的射頻參數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），以避免導致電路中的不穩定或振蕩將是重要的。

ANADIGICS的AWT6221是3G手機和數據設備中，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品列出如下，新的設計也正在研發。