GSM蜂窩電話RF電源管理芯片MAX1727
發(fā)布時(shí)間:2007/9/10 0:00:00 訪問次數(shù):509
近年來,我國(guó)移動(dòng)電話市場(chǎng)發(fā)展迅猛。截止2000年十月,我國(guó)手機(jī)用戶已達(dá)6723萬戶,網(wǎng)絡(luò)規(guī)模居世界第二。據(jù)權(quán)威部門預(yù)測(cè),2003年我國(guó)移動(dòng)用戶總數(shù)將超過1億戶,市場(chǎng)規(guī)模將會(huì)起過2000億元,國(guó)產(chǎn)手機(jī)廠商為贏得未來的手機(jī)市場(chǎng)紛紛加大了研發(fā)力度的投入,力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)手機(jī)的整體突破。
射頻(RF)電路是手機(jī)設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)、也是最為關(guān)鍵的部件之一,RF電路對(duì)供電電源的輸出紋波要求較高,為避免電源開關(guān)噪聲的影響、防止RF各部分電路之間相互干擾,需要用幾個(gè)低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)分別為發(fā)送器、接收器、頻率合成器等供電,本文所介紹的MAX1727一方面可為手機(jī)RF電路提供穩(wěn)定的供電,另一方面還可為GSM蜂窩電話/PCN終端的功率放大器(PA)提供功率控制,從而為PA管提供有效的保護(hù)。圖1所示為利用MAX1727為GSM/PCN終端RF電路供電并提供增益控制的實(shí)際電路。
1 MAX1727的結(jié)構(gòu)與原理
MAX1727內(nèi)部包括四組LDO(LDO1~LDO4)、兩個(gè)高速運(yùn)算放大器和三組開關(guān),四組LDO用于提供手機(jī)射頻部分的供電,寬帶、高速運(yùn)算放大器則用于構(gòu)成PA的功率控制環(huán)路。
1.1 LDO
MAX1727內(nèi)的各組LDO均由誤差放大器、反饋取樣電路、P溝道MOSFET構(gòu)成。所有LDO共用同一基準(zhǔn)電壓源、其準(zhǔn)電壓為1.25V,誤差放大器將各LDO輸出電壓的取樣值與基準(zhǔn)電壓相比較,當(dāng)反饋電壓低于基準(zhǔn)電壓時(shí),MOSFET的柵極被拉低、MOSFET導(dǎo)通,由電池提供的電流注入負(fù)載使輸出電壓升高,如果反饋至誤差放大器的取樣電壓高于基準(zhǔn),則MOSFET柵極被拉高、僅有較小的電流被注入到負(fù)載。P溝道MOSFET所需要的柵極驅(qū)動(dòng)電流非常小,從而有效地降低了LDO的靜態(tài)電流。反饋取樣電路由芯片內(nèi)部的精密電阻分壓網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成,各路LDO均具有高較高的PSRR和出色的負(fù)載穩(wěn)定度及線性穩(wěn)定度。LDO4的輸出與LDO3的輸入相連,并為L(zhǎng)DO3提供預(yù)隱壓。如果需要負(fù)載與輸入間保持高度隔離,則可由LDO3供電。
線性穩(wěn)壓器輸入與輸出之間的最小壓差確定了LDO可利用的最小電池電壓,一旦輸入與輸出之間的電壓差達(dá)到最小壓差,則調(diào)整管MOSFET完全導(dǎo)通,穩(wěn)壓差達(dá)到最小壓差,則調(diào)整管MOSFET完全導(dǎo)通,穩(wěn)壓環(huán)節(jié)被禁止,此時(shí),輸出電壓將隨著輸入電壓的降低而減小,輸出與輸入之間的壓差為MOSFET漏源之間的導(dǎo)通電阻與負(fù)載電流的乘積。
獨(dú)立的限流電路用來為各路LDO提供短路保護(hù),限流門限分別為:REG1=250mA、REG2/REG3/REG4=125mA。熱過載保護(hù)電路可限制芯片的總功耗,當(dāng)芯片溫度達(dá)到150℃時(shí),溫度傳感器將關(guān)閉芯片內(nèi)的所有穩(wěn)壓器,而當(dāng)管芯溫度恢復(fù)到大約20℃時(shí)穩(wěn)壓器重新開啟。
MAX1727線性穩(wěn)壓器輸入電壓范圍為3.1V至5.5V,可采用單節(jié)Li+電池或3節(jié)NiMH電池供電,輸出電壓如下:
LDO1:2.9V/100mA,可為發(fā)送器、接收器或頻率合成器供電。
LDO2:2.75/50mA,可為TCXO及GSM/PCN的大功率VCO供電。
LDO3:2.75/20mA,可為UHF頻率合成器供電,也可通過內(nèi)部開關(guān)精確控制VCO的上電時(shí)間。
LDO4:2.95V/20mA,可為芯片內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源供電,并為L(zhǎng)DO3提供預(yù)穩(wěn)壓。
MAX1727穩(wěn)壓器的外部電路包括LDO各輸出端的旁路電容和基準(zhǔn)源的旁路電容,LDO輸出電容建議選用1μF、最大等效串聯(lián)電阻(ESR)為0.4Ω的電容,為了改變?cè)肼曁匦,也可選用10μF的電容,值得注意的是:有些陶瓷電容的電容值和ESR隨著溫度的變化而改變,選用電容時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮這些因素,例如選用電介質(zhì)為Z5U、Y5V的電容時(shí),電容值要高于2.2μF,以保證低溫條件下LDO的穩(wěn)定性。基準(zhǔn)旁路電容連接在CBYP引腳與GND之間,推薦選用0.01μF的無極性電容,安裝應(yīng)盡量靠近CBYP引腳,而且該引腳不允許外接負(fù)載。
1.2 運(yùn)算放大器
MAX1727內(nèi)部所含的兩個(gè)獨(dú)立的、單位增益穩(wěn)定的運(yùn)算放大器的增益帶寬積為4MHz,壓擺率為1V/μs,當(dāng)輸出負(fù)載為1kΩ//100pF時(shí),增益與相位裕量分別為8dB和63°。輸出級(jí)由差發(fā)CMOS晶體管構(gòu)成,具有極高的共模抑制比,輸入最大失調(diào)電壓為2mV、最大偏置電流
近年來,我國(guó)移動(dòng)電話市場(chǎng)發(fā)展迅猛。截止2000年十月,我國(guó)手機(jī)用戶已達(dá)6723萬戶,網(wǎng)絡(luò)規(guī)模居世界第二。據(jù)權(quán)威部門預(yù)測(cè),2003年我國(guó)移動(dòng)用戶總數(shù)將超過1億戶,市場(chǎng)規(guī)模將會(huì)起過2000億元,國(guó)產(chǎn)手機(jī)廠商為贏得未來的手機(jī)市場(chǎng)紛紛加大了研發(fā)力度的投入,力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)手機(jī)的整體突破。
射頻(RF)電路是手機(jī)設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)、也是最為關(guān)鍵的部件之一,RF電路對(duì)供電電源的輸出紋波要求較高,為避免電源開關(guān)噪聲的影響、防止RF各部分電路之間相互干擾,需要用幾個(gè)低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)分別為發(fā)送器、接收器、頻率合成器等供電,本文所介紹的MAX1727一方面可為手機(jī)RF電路提供穩(wěn)定的供電,另一方面還可為GSM蜂窩電話/PCN終端的功率放大器(PA)提供功率控制,從而為PA管提供有效的保護(hù)。圖1所示為利用MAX1727為GSM/PCN終端RF電路供電并提供增益控制的實(shí)際電路。
1 MAX1727的結(jié)構(gòu)與原理
MAX1727內(nèi)部包括四組LDO(LDO1~LDO4)、兩個(gè)高速運(yùn)算放大器和三組開關(guān),四組LDO用于提供手機(jī)射頻部分的供電,寬帶、高速運(yùn)算放大器則用于構(gòu)成PA的功率控制環(huán)路。
1.1 LDO
MAX1727內(nèi)的各組LDO均由誤差放大器、反饋取樣電路、P溝道MOSFET構(gòu)成。所有LDO共用同一基準(zhǔn)電壓源、其準(zhǔn)電壓為1.25V,誤差放大器將各LDO輸出電壓的取樣值與基準(zhǔn)電壓相比較,當(dāng)反饋電壓低于基準(zhǔn)電壓時(shí),MOSFET的柵極被拉低、MOSFET導(dǎo)通,由電池提供的電流注入負(fù)載使輸出電壓升高,如果反饋至誤差放大器的取樣電壓高于基準(zhǔn),則MOSFET柵極被拉高、僅有較小的電流被注入到負(fù)載。P溝道MOSFET所需要的柵極驅(qū)動(dòng)電流非常小,從而有效地降低了LDO的靜態(tài)電流。反饋取樣電路由芯片內(nèi)部的精密電阻分壓網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成,各路LDO均具有高較高的PSRR和出色的負(fù)載穩(wěn)定度及線性穩(wěn)定度。LDO4的輸出與LDO3的輸入相連,并為L(zhǎng)DO3提供預(yù)隱壓。如果需要負(fù)載與輸入間保持高度隔離,則可由LDO3供電。
線性穩(wěn)壓器輸入與輸出之間的最小壓差確定了LDO可利用的最小電池電壓,一旦輸入與輸出之間的電壓差達(dá)到最小壓差,則調(diào)整管MOSFET完全導(dǎo)通,穩(wěn)壓差達(dá)到最小壓差,則調(diào)整管MOSFET完全導(dǎo)通,穩(wěn)壓環(huán)節(jié)被禁止,此時(shí),輸出電壓將隨著輸入電壓的降低而減小,輸出與輸入之間的壓差為MOSFET漏源之間的導(dǎo)通電阻與負(fù)載電流的乘積。
獨(dú)立的限流電路用來為各路LDO提供短路保護(hù),限流門限分別為:REG1=250mA、REG2/REG3/REG4=125mA。熱過載保護(hù)電路可限制芯片的總功耗,當(dāng)芯片溫度達(dá)到150℃時(shí),溫度傳感器將關(guān)閉芯片內(nèi)的所有穩(wěn)壓器,而當(dāng)管芯溫度恢復(fù)到大約20℃時(shí)穩(wěn)壓器重新開啟。
MAX1727線性穩(wěn)壓器輸入電壓范圍為3.1V至5.5V,可采用單節(jié)Li+電池或3節(jié)NiMH電池供電,輸出電壓如下:
LDO1:2.9V/100mA,可為發(fā)送器、接收器或頻率合成器供電。
LDO2:2.75/50mA,可為TCXO及GSM/PCN的大功率VCO供電。
LDO3:2.75/20mA,可為UHF頻率合成器供電,也可通過內(nèi)部開關(guān)精確控制VCO的上電時(shí)間。
LDO4:2.95V/20mA,可為芯片內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源供電,并為L(zhǎng)DO3提供預(yù)穩(wěn)壓。
MAX1727穩(wěn)壓器的外部電路包括LDO各輸出端的旁路電容和基準(zhǔn)源的旁路電容,LDO輸出電容建議選用1μF、最大等效串聯(lián)電阻(ESR)為0.4Ω的電容,為了改變?cè)肼曁匦裕部蛇x用10μF的電容,值得注意的是:有些陶瓷電容的電容值和ESR隨著溫度的變化而改變,選用電容時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮這些因素,例如選用電介質(zhì)為Z5U、Y5V的電容時(shí),電容值要高于2.2μF,以保證低溫條件下LDO的穩(wěn)定性;鶞(zhǔn)旁路電容連接在CBYP引腳與GND之間,推薦選用0.01μF的無極性電容,安裝應(yīng)盡量靠近CBYP引腳,而且該引腳不允許外接負(fù)載。
1.2 運(yùn)算放大器
MAX1727內(nèi)部所含的兩個(gè)獨(dú)立的、單位增益穩(wěn)定的運(yùn)算放大器的增益帶寬積為4MHz,壓擺率為1V/μs,當(dāng)輸出負(fù)載為1kΩ//100pF時(shí),增益與相位裕量分別為8dB和63°。輸出級(jí)由差發(fā)CMOS晶體管構(gòu)成,具有極高的共模抑制比,輸入最大失調(diào)電壓為2mV、最大偏置電流
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