不同供电电压下保持恒定发射功率的ISM发送器

　　电池供电的RF发射器（例如：车库门遥控器和汽车遥控钥匙等）的发射功率会随着电池的使用时间而下降。本应用笔记介绍的方案将高效升压转换器或boost与ISM发送器相结合，确保在整个电池电压变化范围内保持恒定的发射功率（变化小于0.5dB）。性能测试表明，恒定发射功率方案的电池使用寿命是发射功率随电池电压变化方案的两倍。电压转换器产生的交流电压纹波不会降低幅移键控（ASK）数据链路的质量，并且仍然满足美国和欧盟关于近距离无线通信链路的无线辐射标准。

　　引言

　　近距离发送器广泛用于ISM频段，例如：欧洲的433.05MHz至434.79MHz、美国的260MHz至470MHz，以及亚洲部分地区的类似频率范围。大多数此类应用要求采用电池供电（汽车钥匙、车库门遥控器、安全报警传感器等）。

　　电池电压随着使用时间而下降，进而降低了大多数低端发送器的发射功率，因为许多近距离发送器为了获得最佳效率而采用开关放大器，例如《高效率﹑低成本ISM频段发送器中的功放》），而开关放大器的发射功率随着供电电压的下降而下降，近似与电源电压的平方成正比。这意味着电池电压在其寿命内从3V降至1.8V时，电池供电发送器的发射功率也下降到最初功率的35%。实际上，还会存在4dB至5dB的传输功率损耗。

　　本应用笔记介绍的方案将高效率升压或boost转换器（MAX1947）与ISM发送器（MAX1472）相结合，使得整个电池供电期间保持恒定的发射功率（变化小于0.5dB）。这种配置对电池寿命的影响不会超过15%。测试结果表明，电压转换器产生的交流电压纹波不会降低幅移键控（ASK）数据链路的质量，并且仍然满足美国和欧盟关于近距离无线通信链路的无线辐射标准。

　　评估

　　评估目标为：

　　确定发送器在增加电压转换器后是否能够在电池电压的典型工作范围内保持恒定的发射功率。

　　确定电压转换器对发送器系统的总体效率的影响。

　　测试恒功率发射与电池寿命之间的平衡。

　　测量电压转换器交流纹波对无线通信链路质量的影响。

　　利用发送器和电压转换器的评估板（EV）构建并测量恒功率发射器及其效率水平，所采用的发送器为MAX1472，工作在300MHz至450MHz频率范围。其供电电压范围为2.1V至3.6V，典型发射功率为10mW或+10dBm，电压为2.7V时的耗流10mA。测试时，工作频率为433.92MHz，欧洲和美国均开发该频率。系统使用的电压转换器为MAX1947升压型DC-DC转换器，输入（电池）电压范围为0.7V至3.6V。转换器采用外部电感和电容，通过内部开关为电感充电，然后将能量传递至电容和负载电阻。MAX1947具有工厂预设的输出电压：1.8V、2.5V、3.0V和3.3V。测量中使用MAX1947ETA33 （3.3V输出）。如果输入电压高于输出电压，MAX1947将自动连通电池电压，无影响。

　　改造MAX1472EVKIT，更改其天线匹配网络中的无源元件，利用3.3V电压产生+10dBm发射功率。仅对MAX1947EVKIT进行一项简单改造：用3.3V输出IC代替评估板的标称1.8V输出IC。连接评估板，MAX1947的输入电压（代表电池电压）由实验室电源提供，串联一个电流表。除电压和电流测量外，利用示波器、功率计和频谱分析仪采集数据。

　　除以上评估板组合外，使用另外两个Maxim发射器评估板作为性能对比的参考：MAX1472标准评估板，2.7V供电时产生+10dBm发射功率；MAX7060EVKIT频率、功率可调节发射器，其发射功率可通过SPI总线设置。

　　第一组试验中，测量四组不同发送器配置的电压、电流和发射功率。绘制功率、电源电流与电压之间的关系曲线，计算效率，并评估对电池寿命的影响。

　　第二组试验中，MAX1472发送器从MAX1947消耗功率时，利用示波器记录MAX1947输出电源的纹波电压。

　　第三组试验中，在预期输入（电池）电压工作范围内，记录MAX1472发送的RF信号频谱。利用MAX7033EVKIT ASK接收器建立ASK无线通信链路，以确定电压转换器纹波对链路性能的影响。

　　结果汇总

　　发送器功率与电池电压的关系

　　对四种功率放大器（PA）进行比较，对比它们以最低电流损耗维持稳定发射功率输出的能力。电池放电时，供电电流会随着电池电压的变化而发生变化，通过计算100%占空比下典型电池（或一组电池）的工作寿命估算所配置的耗流。

　　配置条件：MAX1472配置为+10dBm Tx功率，2.7V供电。