3G手機(jī)通俗地說就是指第三代（The Third Generation）手機(jī)。隨著科技和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，目前的手機(jī)的品種和型號(hào)也是多的讓人目不暇接，從代模擬制式手機(jī)到第二代的GSM、TDMA等數(shù)字手機(jī)，再到現(xiàn)在的第三代手機(jī)，手機(jī)已經(jīng)成了集語(yǔ)音通信和多媒體通信相結(jié)合，并且包括圖像、音樂、網(wǎng)頁(yè)瀏覽、電話會(huì)議以及其它一些信息服務(wù)等增值服務(wù)的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。 具備強(qiáng)大功能的基礎(chǔ)是3G手機(jī)極高的數(shù)據(jù)傳輸速度，目前的GSM移動(dòng)通信網(wǎng)的傳輸速度為每秒9.  CDMA2000明星手機(jī) 摩托羅拉XT8006KB,而第三代手機(jī)終可能達(dá)到的數(shù)據(jù)傳輸速度將高達(dá)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(jī)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(dá)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(jī)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(kuò)展手機(jī)通訊的內(nèi)涵。實(shí)現(xiàn)如此豐富、強(qiáng)大的功能，面臨的問題就是手機(jī)電池的功耗和通話時(shí)間，如何節(jié)省電池功耗已經(jīng)成為手機(jī)設(shè)計(jì)者必須面對(duì)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(xiàn)中的解釋：對(duì)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(zhǎng)時(shí)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(shí)功率的值，也就是電器所能承受的負(fù)荷能力。 

　　為手機(jī)傳輸信號(hào)的功率放大器（PA）一直是手機(jī)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(zhǎng)手機(jī)的通話時(shí)間。在本文中，我們將探討一種全新的功率放大器設(shè)計(jì)概念，其功率放大器的驅(qū)動(dòng)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(shí)才啟動(dòng)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(jiǎn)單。了解手機(jī)在實(shí)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(zhǎng)通話時(shí)間的重要基礎(chǔ)。

　　手機(jī)功率放大器的關(guān)鍵規(guī)格

　　手機(jī)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(jī)參與的開環(huán)控制和手機(jī)、基站同時(shí)參與的閉環(huán)功率控制。反向開環(huán)功率控制由手機(jī)獨(dú)立完成，手機(jī)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(jī)發(fā)射功率。正是由于這些的功率控制，才使CDMA手機(jī)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(jī)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(dá)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(jì)都把焦點(diǎn)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(qiáng)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(shí)可以達(dá)到40%的PAE,但在中、低功率輸出時(shí)的PAE卻會(huì)降得很低。

　　當(dāng)采用旁路高功率級(jí)3G功率放大器的設(shè)計(jì)概念，而不是試圖將高功率模式的效率化時(shí)，我們將可專注于如何在提高實(shí)際工作情況下包含高、中、低等功率模式的整體通話時(shí)間。如果能有效地選擇驅(qū)動(dòng)電路的增益、功率輸出能力和線性度以及輸出級(jí)電路，包括通話時(shí)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(huì)影響到放大器的增益平穩(wěn)度，使手機(jī)輸出功率的調(diào)整更加困難，因此的3G功率放大器設(shè)計(jì)一般都會(huì)采用數(shù)字控制。

　　功率放大器如何延長(zhǎng)通話時(shí)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(shí)間。從圖1所顯示的實(shí)際CDMA系統(tǒng)中，可根據(jù)手機(jī)輸出功率概率分布函數(shù)的計(jì)算結(jié)果來證明這項(xiàng)假設(shè)。

　　如圖1所示，不管手機(jī)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(tái)較遠(yuǎn)的郊區(qū)才有可能長(zhǎng)時(shí)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(shí)并不能大幅度延長(zhǎng)通話時(shí)間，所以我們應(yīng)該將重點(diǎn)放在提高中、低功率的PAE上。圖1中同時(shí)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(shí)的相對(duì)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(shí)耗電量。因?yàn)槠湓鲆鎺缀踉谒泄β瘦敵龇秶季S持固定，而智能PAM因?yàn)椴捎脭?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(shí)間，但是卻會(huì)造成大幅度的增益變動(dòng)。另一方面，不管是代或第二代的CoolPAM技術(shù)，都采用獨(dú)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(shí)降低待機(jī)時(shí)的耗電量。

　　平均電流和通話時(shí)間的關(guān)系：

　　平均電流 = ∫ （PDF （ 電流） dp

　　通話時(shí)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(duì)應(yīng)使用概率的積分，那么通話時(shí)間就與這個(gè)平均電流的倒數(shù)成正比。

　　根據(jù)這個(gè)關(guān)系，平均電流實(shí)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(jì)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(jì)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(jì)，在+28dBm輸出功率的高功率模式下一般可以實(shí)現(xiàn)40%的PAE,但在+16dBm輸出功率時(shí)卻只能實(shí)現(xiàn)8%到10%,而且當(dāng)輸出功率增加時(shí)，大部分功率放大器設(shè)計(jì)中的線性度和ACPR特性就會(huì)變得更差。特別是當(dāng)功率放大器接近飽和時(shí)，ACPR值也將大幅度提高，但對(duì)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(jì)概念通常會(huì)為高、中、低輸出功率設(shè)計(jì)兩種不同的增益。當(dāng)手機(jī)需要在高功率模式下工作時(shí)，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(shí)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(dá)到8-10%.雖然低功率低增益模式會(huì)對(duì)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(jì)實(shí)現(xiàn)

　　這種級(jí)旁路功率放大電路（stage-bypass PA）的應(yīng)用其實(shí)非常簡(jiǎn)單。如圖3中所示，當(dāng)手機(jī)需要高輸出功率時(shí)，第二級(jí)電路的并聯(lián)開關(guān)就會(huì)打開，發(fā)送信號(hào)便可通過兩個(gè)串接的功率級(jí)電路放大，達(dá)到+28dBm的輸出功率。而當(dāng)手機(jī)只需中、低功率輸出時(shí)，該開關(guān)可以自動(dòng)關(guān)閉，通過旁路第二級(jí)電路并關(guān)閉偏壓。因此在設(shè)計(jì)上主要的要求是級(jí)電路必須能提供中、低功率工作時(shí)所需的線性度和輸出功率容量。

　　實(shí)現(xiàn)此旁路功能的簡(jiǎn)單方法就是使用晶體管作為開關(guān)，但缺點(diǎn)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(huì)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(shí)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(gè)輸出功率乘以概率分布函數(shù)的總和加起來計(jì)算。對(duì)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(shí)則為136mA.兩種情況相比，采用旁路高功率級(jí)電路的3G功率放大器可實(shí)現(xiàn)大約36mA或更低的平均電流。如果采用一個(gè)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(shí)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(shí)間可以達(dá)到224分鐘，比傳統(tǒng)功率放大器還要高出64分鐘。