四频段GSM/EDGE功率放大器模块的设计与应用

众所周知，目前GSM系统是世界上应用最广泛的移动通信标准，而随着高速率、高可靠性的第三代移动通信系统的提出和逐步进入商用阶段，GSM系统的升级也迫在眉睫。作为第二代移动通信系统GSM的升级版本，EDGE有其独特的优势，EDGE系统采用了线性的8-PSK调制方式，可以大大提升通信速率，同时，EDGE系统沿用了GSM的时分复用的架构，只需要在现有的GSM系统基础上升级少量部件即能实现EDGE功能，升级费用很低。

截至2006年底，全球已经有分布在100多个国家的200多个运营商公开承诺采用EDGE技术，他们所代表的移动用户超过10亿户，其中有百余家运营商已开通EDGE网络及服务，覆盖全球60个地区。EDGE已经表现出强劲的发展实力，据专家分析，EDGE与GSM网络在相当长的一段时间内会出现共生现象，为了适应这样的市场发展状况，广大运营商、终端产品提供商和芯片设计公司开始研究和推出能够同时支持EDGE/GSM系统的产品和方案。

尽管EDGE与GSM在技术上具有一定的同源性，但EDGE毕竟是GSM的演进系统，在手持无线通信产品核心芯片的设计上存在一定的不同之处，这尤其表现在射频模块上：由于EDGE是一个线性调制系统，其收发模块必须也是一个线性模块，而传统的GSM手机中的功率放大器基本上都是非线性器件，不能实现EDGE功能，因而需要设计新的射频功率放大器模块才能支持EDGE系统。

如何才能实现高效能且多频段的GSM/EDGE功率放大器模块？锐迪科微电子新推出的RDA6216提供了一个比较成功的设计方案。

RDA6216功率放大器模块的基本特性

RDA6216是由锐迪科微电子开发的一款同时支持EDGE系统和GSM系统的四频段功率放大器模块。这款芯片中的功率放大器和控制器分别采用了高稳定性的InGap/GaAs HBT工艺和CMOS工艺，芯片封装为6mm×6mm LGA，射频输入输出端均匹配在50欧姆，Ramping控制端集成了瞬态频谱滤波器，芯片外围电路只需要一个滤波电容即可，因而可以简化PCB设计，同时减少PCB占用的空间。

目前市场上的EDGE功率放大器通常有两种结构，一种采用Polar-loop结构，另一种采用功率倒退法来实现。第一种结构的功率附加效率较高，但需要功率检测，并且需要复杂的反馈网络来调节功率放大器的输出相位和幅度，因而设计复杂，成本高，芯片面积大。第二种结构实现简单，成本低，芯片面积小，缺点是静态电流较大，效率较低。

RDA6216采用了第二种方案，因而整个模块的面积很小，即为6mm×6mm LGA封装。同时在设计中通过优化功率放大器输出匹配网络和功率放大器的静态电流，尽量改善了第二种方案的缺点。实际上，在EDGE模式下RDA6216的静态电流很低，GSM/EGSM频段静态电流为150mA，DCS/PCS频段静态电流为85mA，并且RDA6216也具有较高的最大线性功率附加效率，GSM/EGSM频段为28%，DCS/PCS频段为29%。

RDA6216中还集成了CMOS控制芯片，当用作GSM功率放大器时，通过控制VRAMP端可以控制功率放大器的电源电压，从而控制功率放大器的输出功率，同时在VRAMP管脚处还集成了瞬态频谱滤波器可以有效地抑制功率放大器开关时所形成的开关谱。GSM模式下，GSM/EGSM频段最大输出功率为34.5dBm，最大功率附加效率为50%，DCS/PCS频段最大线性输出功率为32.5dBm，最大功率附加效率为53%。另外，RDA6216中EDGE/GSM间的切换非常灵活，只需要通过控制模式选择管脚电位即能实现这个功能。

在RDA6216的基础上锐迪科微电子还开发出另一款四频段低成本高效率GSM/GPRS功率放大器模块RDA6212，芯片封装同样为6mm×6mm LGA，所有频段最大发射效率均在50%以上，各项性能指标均与目前主流的GSM芯片产品一致，这款芯片即将上市。

RDA6216功率放大器模块的工作原理

图1为RDA6216的功能模块图，它是由一个GSM/EGSM功率放大器、DCS/PCS功率放大器、CMOS控制器和两个输出匹配网络组成。BANDS是GSM/EGSM和DCS/PCS的选择管脚，TXENA是控制整个芯片模块的开关管脚，VMODE是GSM/EDGE模式的选择管脚，VRAMP为射频输出功率的控制管脚，GSM/EGSM RFIN和GSM/EGSM RFOUT分别为GSM/EGSM频段的射频输入输出端，DCS/PCS RFIN和DCS/PCS RFOUT分别为DCS/PCS频段的射频输入输出端。

图1、RDA6216的功能模块图

当VMODE为高时，功率放大器模块实现的是线性放大功能，因而可以放大EDGE信号，此时CMOS控制器的输出为一个接近电源电压的电压，功率放大器模块增益固定，输出功率直接受输入功率控制。由于具有良好的线性放大功能，输入信号在经过功率放大器后失真很小，从而能够有效地放大EDGE信号。通过选择BANDS管脚可以选择GSM/EGSM频段和DCS/PCS频段，然后选择TXENA来控制相应频段功率放大器的打开和关闭。

当VMODE为低时，功率放大器模块用来放大GSM信号，此时CMOS控制器的输出电压与VRAMP电压相关，而输出功率与CMOS控制器的输出电压相关，因而通过控制VRAMP端可以达到调节输出功率的目的。在GSM开关的过程中，可以由基带来控制VRAMP的上升和下降速度，有效地减小开关瞬间所带来的开关谱。同样通过选择BANDS管脚可以选择GSM/EGSM频段和DCS/PCS频段，然后选择TXENA来控制相应频段功率放大器的打开和关闭。

RDA6216功率放大器模块的应用

图2为RDA6216的演示用PCB板，这款芯片的外围电路非常简单，只是在电源端VCCCT处增加一个22μF滤波电容即可，这主要得益于RDA6216的高集成度。简单的外围电路可以减小PCB的空间，有利于手机的小型化，并能减小因为外围电路复杂所造成的信号间串扰问题，因而可以简化手机主板的设计工作，加快手机的研发周期。

图2、RDA6216的演示用PCB板

由于RDA6216外围电路和控制逻辑都非常简单，并且射频输入输出均匹配在50欧姆，所以很容易与目前市场上的绝大部分射频收发器和基带芯片兼容。