四頻段GSM/EDGE功率放大器模塊的設計與應用

眾所周知，目前GSM系統是世界上應用最廣泛的移動通信標準，而隨著高速率、高可靠性的第三代移動通信系統的提出和逐步進入商用階段，GSM系統的升級也迫在眉睫。作為第二代移動通信系統GSM的升級版本，EDGE有其獨特的優勢，EDGE系統采用了線性的8-PSK調制方式，可以大大提升通信速率，同時，EDGE系統沿用了GSM的時分復用的架構，只需要在現有的GSM系統基礎上升級少量部件即能實現EDGE功能，升級費用很低。

截至2006年底，全球已經有分布在100多個國家的200多個運營商公開承諾采用EDGE技術，他們所代表的移動用戶超過10億戶，其中有百余家運營商已開通EDGE網絡及服務，覆蓋全球60個地區。EDGE已經表現出強勁的發展實力，據專家分析，EDGE與GSM網絡在相當長的一段時間內會出現共生現象，為了適應這樣的市場發展狀況，廣大運營商、終端產品提供商和芯片設計公司開始研究和推出能夠同時支持EDGE/GSM系統的產品和方案。

盡管EDGE與GSM在技術上具有一定的同源性，但EDGE畢竟是GSM的演進系統，在手持無線通信產品核心芯片的設計上存在一定的不同之處，這尤其表現在射頻模塊上：由于EDGE是一個線性調制系統，其收發模塊必須也是一個線性模塊，而傳統的GSM手機中的功率放大器基本上都是非線性器件，不能實現EDGE功能，因而需要設計新的射頻功率放大器模塊才能支持EDGE系統。

如何才能實現高效能且多頻段的GSM/EDGE功率放大器模塊？銳迪科微電子新推出的RDA6216提供了一個比較成功的設計方案。

RDA6216功率放大器模塊的基本特性

RDA6216是由銳迪科微電子開發的一款同時支持EDGE系統和GSM系統的四頻段功率放大器模塊。這款芯片中的功率放大器和控制器分別采用了高穩定性的InGap/GaAs HBT工藝和CMOS工藝，芯片封裝為6mm6mm LGA，射頻輸入輸出端均匹配在50歐姆，Ramping控制端集成了瞬態頻譜濾波器，芯片外圍電路只需要一個濾波電容即可，因而可以簡化PCB設計，同時減少PCB占用的空間。

目前市場上的EDGE功率放大器通常有兩種結構，一種采用Polar-loop結構，另一種采用功率倒退法來實現。第一種結構的功率附加效率較高，但需要功率檢測，并且需要復雜的反饋網絡來調節功率放大器的輸出相位和幅度，因而設計復雜，成本高，芯片面積大。第二種結構實現簡單，成本低，芯片面積小，缺點是靜態電流較大，效率較低。

RDA6216采用了第二種方案，因而整個模塊的面積很小，即為6mm6mm LGA封裝。同時在設計中通過優化功率放大器輸出匹配網絡和功率放大器的靜態電流，盡量改善了第二種方案的缺點。實際上，在EDGE模式下RDA6216的靜態電流很低，GSM/EGSM頻段靜態電流為150mA，DCS/PCS頻段靜態電流為85mA，并且RDA6216也具有較高的最大線性功率附加效率，GSM/EGSM頻段為28%，DCS/PCS頻段為29%。

RDA6216中還集成了CMOS控制芯片，當用作GSM功率放大器時，通過控制VRAMP端可以控制功率放大器的電源電壓，從而控制功率放大器的輸出功率，同時在VRAMP管腳處還集成了瞬態頻譜濾波器可以有效地抑制功率放大器開關時所形成的開關譜。GSM模式下，GSM/EGSM頻段最大輸出功率為34.5dBm，最大功率附加效率為50%，DCS/PCS頻段最大線性輸出功率為32.5dBm，最大功率附加效率為53%。另外，RDA6216中EDGE/GSM間的切換非常靈活，只需要通過控制模式選擇管腳電位即能實現這個功能。

在RDA6216的基礎上銳迪科微電子還開發出另一款四頻段低成本高效率GSM/GPRS功率放大器模塊RDA6212，芯片封裝同樣為6mm6mm LGA，所有頻段最大發射效率均在50%以上，各項性能指標均與目前主流的GSM芯片產品一致，這款芯片即將上市。

RDA6216功率放大器模塊的工作原理

圖1為RDA6216的功能模塊圖，它是由一個GSM/EGSM功率放大器、DCS/PCS功率放大器、CMOS控制器和兩個輸出匹配網絡組成。BANDS是GSM/EGSM和DCS/PCS的選擇管腳，TXENA是控制整個芯片模塊的開關管腳，VMODE是GSM/EDGE模式的選擇管腳，VRAMP為射頻輸出功率的控制管腳，GSM/EGSM RFIN和GSM/EGSM RFOUT分別為GSM/EGSM頻段的射頻輸入輸出端，DCS/PCS RFIN和DCS/PCS RFOUT分別為DCS/PCS頻段的射頻輸入輸出端。

圖1、RDA6216的功能模塊圖

當VMODE為高時，功率放大器模塊實現的是線性放大功能，因而可以放大EDGE信號，此時CMOS控制器的輸出為一個接近電源電壓的電壓，功率放大器模塊增益固定，輸出功率直接受輸入功率控制。由于具有良好的線性放大功能，輸入信號在經過功率放大器后失真很小，從而能夠有效地放大EDGE信號。通過選擇BANDS管腳可以選擇GSM/EGSM頻段和DCS/PCS頻段，然后選擇TXENA來控制相應頻段功率放大器的打開和關閉。

當VMODE為低時，功率放大器模塊用來放大GSM信號，此時CMOS控制器的輸出電壓與VRAMP電壓相關，而輸出功率與CMOS控制器的輸出電壓相關，因而通過控制VRAMP端可以達到調節輸出功率的目的。在GSM開關的過程中，可以由基帶來控制VRAMP的上升和下降速度，有效地減小開關瞬間所帶來的開關譜。同樣通過選擇BANDS管腳可以選擇GSM/EGSM頻段和DCS/PCS頻段，然后選擇TXENA來控制相應頻段功率放大器的打開和關閉。

RDA6216功率放大器模塊的應用

圖2為RDA6216的演示用PCB板，這款芯片的外圍電路非常簡單，只是在電源端VCCCT處增加一個22μF濾波電容即可，這主要得益于RDA6216的高集成度。簡單的外圍電路可以減小PCB的空間，有利于手機的小型化，并能減小因為外圍電路復雜所造成的信號間串擾問題，因而可以簡化手機主板的設計工作，加快手機的研發周期。

圖2、RDA6216的演示用PCB板

由于RDA6216外圍電路和控制邏輯都非常簡單，并且射頻輸入輸出均匹配在50歐姆，所以很容易與目前市場上的絕大部分射頻收發器和基帶芯片兼容。