MAX1727 GSM蜂窝电话RF电源管理芯片

GSM蜂窝电话RF电源管理芯片MAX1727

近年来,我国移动电话市场发展迅猛。截止2000年十月,我国手机用户已达6723万户,网络规模居世界第二。据权威部门预测,2003年我国移动用户总数将超过1亿户,市场规模将会起过2000亿元,国产手机厂商为赢得未来的手机市场纷纷加大了研发力度的投入,力争实现国产手机的整体突破。

射频（RF）电路是手机设计中的难点、也是最为关键的部件之一,RF电路对供电电源的输出纹波要求较高,为避免电源开关噪声的影响、防止RF各部分电路之间相互干扰,需要用几个低压差线性稳压器（LDO）分别为发送器、接收器、频率合成器等供电,本文所介绍的MAX1727一方面可为手机RF电路提供稳定的供电,另一方面还可为GSM蜂窝电话/PCN终端的功率放大器（PA）提供功率控制,从而为PA管提供有效的保护。图1所示为利用MAX1727为GSM/PCN终端RF电路供电并提供增益控制的实际电路。

1 MAX1727的结构与原理

MAX1727内部包括四组LDO（LDO1～LDO4）、两个高速运算放大器和三组开关,四组LDO用于提供手机射频部分的供电,宽带、高速运算放大器则用于构成PA的功率控制环路。

1.1 LDO

MAX1727内的各组LDO均由误差放大器、反馈取样电路、P沟道MOSFET构成。所有LDO共用同一基准电压源、其准电压为1.25V,误差放大器将各LDO输出电压的取样值与基准电压相比较,当反馈电压低于基准电压时,MOSFET的栅极被拉低、MOSFET导通,由电池提供的电流注入负载使输出电压升高,如果反馈至误差放大器的取样电压高于基准,则MOSFET栅极被拉高、仅有较小的电流被注入到负载。P沟道MOSFET所需要的栅极驱动电流非常小,从而有效地降低了LDO的静态电流。反馈取样电路由芯片内部的精密电阻分压网络构成,各路LDO均具有高较高的PSRR和出色的负载稳定度及线性稳定度。LDO4的输出与LDO3的输入相连,并为LDO3提供预隐压。如果需要负载与输入间保持高度隔离,则可由LDO3供电。

线性稳压器输入与输出之间的最小压差确定了LDO可利用的最小电池电压,一旦输入与输出之间的电压差达到最小压差,则调整管MOSFET完全导通,稳压差达到最小压差,则调整管MOSFET完全导通,稳压环节被禁止,此时,输出电压将随着输入电压的降低而减小,输出与输入之间的压差为MOSFET漏源之间的导通电阻与负载电流的乘积。

独立的限流电路用来为各路LDO提供短路保护,限流门限分别为：REG1=250mA、REG2/REG3/REG4=125mA。热过载保护电路可限制芯片的总功耗,当芯片温度达到150℃时,温度传感器将关闭芯片内的所有稳压器,而当管芯温度恢复到大约20℃时稳压器重新开启。

MAX1727线性稳压器输入电压范围为3.1V至5.5V,可采用单节Li+电池或3节NiMH电池供电,输出电压如下：

LDO1：2.9V/100mA,可为发送器、接收器或频率合成器供电。

LDO2：2.75/50mA,可为TCXO及GSM/PCN的大功率VCO供电。

LDO3：2.75/20mA,可为UHF频率合成器供电,也可通过内部开关精确控制VCO的上电时间。

LDO4：2.95V/20mA,可为芯片内部基准电压源供电,并为LDO3提供预稳压。

MAX1727稳压器的外部电路包括LDO各输出端的旁路电容和基准源的旁路电容,LDO输出电容建议选用1μF、最大等效串联电阻（ESR）为0.4Ω的电容,为了改变噪声特性,也可选用10μF的电容,值得注意的是：有些陶瓷电容的电容值和ESR随着温度的变化而改变,选用电容时应当考虑这些因素,例如选用电介质为Z5U、Y5V的电容时,电容值要高于2.2μF,以保证低温条件下LDO的稳定性。基准旁路电容连接在CBYP引脚与GND之间,推荐选用0.01μF的无极性电容,安装应尽量靠近CBYP引脚,而且该引脚不允许外接负载。

1.2 运算放大器

MAX1727内部所含的两个独立的、单位增益稳定的运算放大器的增益带宽积为4MHz,压摆率为1V/μs,当输出负载为1kΩ//100pF时,增益与相位裕量分别为8dB和63°。输出级由差发CMOS晶体管构成,具有极高的共模抑制比,输入最大失调电压为2mV、最大偏置电流为150nA,两路运放共用一个差断控制输入（PCEN）,关断时电流降至5μA。运放输出级采用CMOS电路,可提供满电源摆幅（Rail-to-Rail）输出,实际应用中不被选用的运放应将其同相输入端接地、输出端与反相输入端相接以构成单位增益缓冲放大器,这样可以避免放大器自激或饱和而造成电源电流不一致。由于该运放具有较高的PSRR,因而可直接采用电流供电。

1.3 功率开关

MAX1727内部包括三组导通电阻为2.5Ω的CMOS开关,一组用于LDO3上电时序的控制;另外两组配置为单刀双掷（SPDT）开关,以用来切换环路放大器的功率控制（APC）输出。

2 典型应用

TDMA系统（如GSM、DECT）通常利用闭合环路对PA的功率增益加以控制,这样例严格制约着功放的突发输出功率,为了保证发射脉冲符合GSM规定的功率/时间模板,并为功放管提供安全保障。图2、图3分别提供了两种GSM/PCS输出功率控制方式,其中,图2所示电路为单运放控制方式,图2中处于工作状态的PA输出通过20dB双向耦合器取样,并经过温度被偿肖特基二极管对检波后反馈至运算放大器的反相输入端,基带DAC斜率控制信号与检波后的输出平均功率相加,经反相积分器产生APC信号。APC信号通过SPDT开关送入工作模式下的PA增益控制端。将处于闲置状态的PA的增益控制引脚接地可避免闲置功放意外地上电启动,同时也能保持功放处于低电流待机模式。

如果知道了PA输出功率随其电源电流的变化关系,就可以通过检测PA的电源电流来实现对输出功率的控制,在图3中,PA的电源电流由检流电阻RSENSE取样,经OP1放大后与基带DAC提供的PA斜率控制信号相加,再经过反相积分（OP2）产生APC控制信号,该电路利用功率电流的平均工作电流作为衡量功放馈入天线平均功率的参考,通过对电源电流的检测实现PA输出功率的控制。检流电阻RSENSE的选择需综合考虑功率损耗与检测精度,RSENSE越大,则功率损耗（I2R）越大,但另一方面,考虑到失调电压的影响,选择较大的RSENSE可以精确地检测较小的电流,一般在选择RSENSE时,以使电流达到满量程时取样电压接近100mV为最佳。