应对手机多核、4G发展趋势，TI发布新型降压升压转换器LM3269

受访者：德州仪器中国区高性能模拟产品业务拓展工程师潘靖

随着智能手机硬件性能的迅速提升，对于射频功率放大器(PA)的要求也在不断增加。对于ARM架构新的双核、四核处理器来讲，电流功耗变化速率是非常快的，可以从standby状态非常快地进入满功率输出的状态，这种电流的负载变化实际对于电池来说会看到更多的冲击，在处理器突然产生大电流消耗的情况下，电池电压可能会降到3.3V甚至更低。此外，4G LTE的手机具有更高的数据上载需求，要求对各种应用程序实现“实时”开启或关闭，这需要更高的射频功率放大器输出水平，使LTE即便在较低的电池电压下也能工作。在电池端电压下降的情况下，手机仍然要能够保证其他的系统能够正常工作，就必须采用升压转换器。

日前，德州仪器(TI)宣布推出一款用于3G及4G LTE智能手机、平板电脑以及数据卡中射频功率放大器(PA)的无缝转换降压升压转换器LM3269。据介绍，LM32691A集成了最新的升压和降压的功能，可延长电池使用寿命，将流耗锐降50%并降低PA散热达30摄氏度。可根据电源需求动态调节提供给功率放大器的电源，实现节能和延长电池运行时间。这款转换器还可使放大器在整个电池电压范围内工作，以最高的效率与最低的噪声满足这些需求。

左边是传统PA供电方法，右边是新方案对传统方案的改进

第2页：DC/DC转换器如何提升PA效率？

第3页：针对低电压电池趋势，提供升压转换功能

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DC/DC转换器如何提升PA效率？

传统的PA供电方法是直接由固定电池电源供电，电池电压会根据容量的不同在3V—4.2V之间变化，随着使用时间的变化，用时越长，电压越低。

“如果我们取当中某一个时刻，比如说电量80%的时刻，这时候我们大概会有3.8V左右的电压。对于RF这个信号来说，这个时间点看到的电池电压可以近似认为它是一个恒定的电压。”潘靖表示，由于绝大部分RF PA是线性PA，所谓的线性PA是指其输出是模拟量。这个模拟量的输出会导致一个问题，即PA在输出电压的时候，如果供电电压比PA所需要的输出电压高，那么剩余部分的电压就会变成热量损耗掉。如果是在传统的电池供电情况下，整个PA的功率损耗是相当严重的，这不仅仅会导致效率变低，电池消耗过快，也会导致非常严重的PA发热问题。

据透露，早在五六年前甚至更早，TI收购前的National就开始了对传统供电方案进行改进的研究。主要做法是把原来直接从电池到RF PA的VCC供电之间插入了一个新的DC/DC（即LM3269），而且这个DC/DC还有一个V Control的信号控制器来控制DC/DC电压。

由于PA在工作的时候会有低功耗模式、中功耗模式或高功耗模式等模式的转换，这些不同的模式下面PA都会根据使用情景的不同，比如说PA所在的位置基站信号的强弱或者所需要发射的功率大小，来改变输出数值。这颗DC/DC所能起到的作用主要是根据RF PA不同的数据功率情况下所需要的平均电压的峰值不同，把PA的DC/DC电压调到比较低的Level，比原来的电阻电压更低一些。理想情况下，如果输入功率和输出功率完全1：1不变、，输出电压低，输入电压高，那么PA的输入电流就可以更小。电流的减小会带来非常多的好处，包括延长电池的使用时间，使用寿命；另一方面也会增加整体散热的性能，让PA的功耗能降下来，这样会极大的提升手机用户体验。据介绍，根据两块DEMO板的测试。没有采用DC/DC直接供电的DEMO板温度高达90.5度，而增加了DC/DC转换之后温度降低了30%。此外，加入TI的DC/DC解决方案之后可以把电流降低20%—50%，整体RF PA模块消耗的功率可以降得更低一些。这对于手机产品的设计，以及产品可靠性方面豆油非常好的促进作用。

通过DC/DC转换器，可以更好的降低发热及电流损耗

第3页：针对低电压电池趋势，提供升压转换功能

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针对低电压电池趋势，提供升压转换功能

除了传统的降压转换，LM3269还可以做到升压转换。可以在电池电压比较低的情况把电压升上来，输出比较大的输出功率。由于一般PA对电池电压有一个最低的要求，如果一旦手机电池电压降低到3.6V以下时，就满足不了PA满功率输出的要求，会影响到PA的输出功率，随之而来的则是手机通讯体验上的一些缺陷：比如手机快没电时打电话容易掉线，数据传输时电压低也容易掉线。

随着技术的进步，我们对于PA的满功率输出的能效要求也会越来越多，以前可能没有问题，因为以前手机本身feather Phone电流需求非常小，也没有低电压电池用到3.6V左右就关机了，这时候单纯的降压就足够用了。但目前通讯行业也是一日千里发生着变化，所以，在某些情况下就需要用到，同时也把升压的功能也加在里面。

除了以上可能遇到的问题，由于目前的趋势是不少新型的手机电池要比以前的传统电池电压更低，比如用到2.7V或3.0V。电池的能量进化其实是非常缓慢的，和手机性能进化相比完全跟不上性能的脚步，它是在很长一段时间内是个非常缓慢的增长，而且每年的速率基本是不变的。现在低电压输出的电池可以让电池在更宽的电压范围内变化，也就是说同样体积大小的电池有效的使用能量就可以更多，对于用户来讲就能够使用更长的时间。

一旦这种电池变得非常普及，RF PA要保持最大的输出功率，升压就变成一个不必不可少的需求。“因此LM3269不但能够提供在电池电压比较高的时候把PA的功率电压降下来达到节省功耗的目的，反过来在电池电压比较低的时候，我们还可以提供更高的升压功能，就是两头兼顾，电压高的时候我可以节省效率，电压低的时候我可以把电压往上抬，让客户的PA得到最理想的输出性能。”

LTE时代会有更多的数据流量，就是数据上行链路会更高，而且很多情况下，特别是数据传输的时候，PA会非常多的时间会工作在高功率模式，也就是说高功率模式下面，一是它的功耗比较大，是它对于电压的要求会比较高一些，所以我们加了这个升降压的，就是在原来老的产品降压的基础上加上升压的功能，可以把电池的工作范围进一步扩大，使手机在更长时间，或者电压更宽泛的范围内使得RF PA正常地工作。这是LM3269和以前的产品最大的区别。

此外，由于越来越多的PA开始支持全模式（2G/3G/4G），可能在一个PA封装里就能够支持各种模式，包括3G、4G甚至2G，如果2G PA是封装在multi mode、multiband PA里的话，他就需要在选DC/DC时要考虑最大2.5A的电流，就需要选一个2.5A甚至3A输出能力的DC/DC。为了支持以后带2G的multimode、multiband的PA，TI还有一个更新的产品叫Boost-Buck类型的DC/DC，就是先升压后降压。

LM3269具体介绍，输入范围在2.7V—5.5V，可以非常完美地支持到我刚才讲到的非常普及的低电压电池；它的输出电压可以在0.6—3.8V之间变化，根据PA不同的功率把输入电压进行不停地调整，改善PA的效率。

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