无线调制解调器电源应用于手持设备案例

由于目前使用的射频功率放大器（PA）缺乏高效率，为手持计算设备添加无线通信功能需要使用特殊的电源管理技术。一些通信协议允许突发传输技术，在没有发射信号时关断电源（通过占空比控制），但是在传输过程中PA效率的典型值却不高于40%至60%。相反地，手持设备中的主电源效率的典型值为90%至95%。许多手持设备使用一至四节的非可充电碱性电池工作。与背光显示相关的其他设备则要求使用更高瞬时功率的镍甚至锂电池以延长电池寿命（在充电或者电池被替换期间）。不管电池的类型和配置如何，在调制解调器中，为了保证系统合理的工作寿命，无线通信的调制解调、PA和射频电路要求使用更高容量的电池。

典型的系统如PCMCIA无线调制解调器，用于传输蜂窝数字数据包（CDPD）。这样的设备可以插入到手持个人数字助理（PDA）中，或者是运行Windows？ CE系统的手提电脑中，使用3.3V的电源工作仅消耗几百毫安电流。为了避免主电池的过度漏电，PCMCIA卡通常包括一块备用电池。备用电池可在传输过程中提供电源涌动，通常还具有低的等效串联电阻（ESR），这在当今流行的可充电化学电池中较为常见。无线通信链路的实际电源主要取决于PA的发射功率和效率。

例如，无线数据通信链路中的供电电源（包含备用电池）必须与工作在3.3V电源的主机手持系统交互（图1 - 注意适合于手持系统的微型封装：IC1为16引脚QSOP封装，IC2为8引脚μMAX？封装）。备用电池为单节锂离子电池，全充电电压为4.1V至4.2V，残余电量不低于2.9V。IC1将备用电池电压转换至3.3V，而IC2则使最终的备用电压在12mV （0.36%）的误差范围内跟踪主电源电压。

图1. 该电路为手持设备添加无线调制解调器和功率放大器，同时提供合适的电源管理功能。

跟踪电源电压对于无线硬件和主机的交互非常重要。这样保证了双向数据和控制线获得正确的逻辑电平，而且防止过流从主电池流向调制解调器硬件以及从备用电池流向主电池与电子器件。

该电路工作原理如下：首先，考虑调制解调器插入到主机的PCMCIA插槽之前调制解调器的状态。几乎没有能量或者很少的能量能够从备用电池吸收过来，因而在这种状态下调制解调器的电源必须禁用。备用电源的开关控制线为IC2的PG引脚。因为当调制解调器没有连接时为IC2供电的主机VHH电压不存在，IC2处于关断状态。

IC2电源关断时电源好（PG）输出（内部为开漏n沟道MOSFET）为高阻，此时IC2仅吸收漏电流。当PG输出为高阻时，两个电阻分压器（R6/R7，通过IC1内部比较器监测备用电池电压，而R3/R4在电源上电时设置VBOOST电平值） 作为ONB线的上拉电阻关断IC1电源。在电源关断期间IC1开关模式升压调节器和低压差（LDO）调节器均被禁用。因而有1μA漏电流通过分压器和1mA电流流入IC1，电池漏电流的典型值为2μA。

考虑电源上电时功率的要求：如果功率放大器（PA）必须提供0.6W和50%效率，需要1.2W输入功率。如果工作在50%占空比时（收发时间相等），那么PA的有效功率为0.6W。在3.3V电压工作时，负载吸收约180mA的电流。如果调制解调器的其余部分从3.3V电源吸收40mA电流，那么无线通信链路的总共供电电流在3.3V电源工作时为220mA1。

IC1升压调节器在2.7V电源输入时能够提供（在VBOOST引脚）大约800mA电流，使用本征耗尽的Li+电池（2.9V至3.0V）则能够提供1A或者更大的电流。即使如此仍使用内部低效率的LDO为PA和其他的调制解调器硬件供电， LDO电流标称值为300mA，最小额定值为220mA。主要的原因是噪声抑制问题。LDO在300kHz频率工作时PSRR值约为38dB，有利于抑制VBOOST引脚上的PWM开关噪声。LDO内置的滤波器降低了对PA供电电压上和相关的射频发射部分的后级噪声抑制的要求或者根本就不需要，因而很容易通过联邦通信委员会（FCC）的辐射标准要求。另一方面，断续发射效率大约为8.3%。

VBOOST在3.3V附近跟踪VHH电压变化。备用电池在充满后电压高于VBOOST，而在电量接近于耗尽时，电压低于VBOOST ，因而LDO和升压调节器按顺序提供必需的降压/升压功能。SEPIC、反激和正向配置也能够实现降压和升压功能，但是它们都需要体积庞大、价格昂贵的电磁存储元件（变压器），并且缺少LDO所提供的噪声抑制功能。基于这样的考虑，图1所示的电路优于其它方案。

下一步考虑当调制解调卡插入主机的PCMCIA连接器中会发生什么情况。这一步作用是使得在相对应的电路地（GND）之间以及在所有的双向数据控制线之间电气上相连接。然后主机使用EN线来使能或者禁止调制解调器硬件。如果EN线在硬件交互时初始为低电平，那么所有的调制解调器硬件将被禁止，对LDO节点呈现高阻特性。