中心論題：
- GSM移動電話的基本概念。
- 移動電話功率放大器設(shè)計調(diào)試中的注意事項。
- 移動電話量產(chǎn)測試中的注意事項。
解決方案：
- 適當(dāng)增加電容值保證功率放大器在工作狀態(tài)時獲得足夠的電流。
- 電容和功放的某引腳在電路板上應(yīng)該盡量靠近減少電容放電途徑的阻抗。
- 在電源線靠近待測移動電話的一端并聯(lián)一個大電容改善移動電話的供電電源的性能。
隨著移動電話市場的發(fā)展，移動電話已經(jīng)成為目前國內(nèi)電子制造業(yè)最大的熱點。移動電話是一個包含數(shù)字信號和模擬信號的復(fù)雜系統(tǒng)，在移動電話的設(shè)計調(diào)試和批量生產(chǎn)中，會碰到各種各樣技術(shù)問題。其中常見的問題之一是移動電話的開關(guān)頻譜不能滿足ETSI標(biāo)準(zhǔn)的要求。在實際工作中，發(fā)現(xiàn)移動電話使用的電源直接影響開關(guān)頻譜的好壞。本文將簡要介紹一下移動電話電源對開關(guān)頻譜的影響并給出具體的解決辦法。
基本概念
GSM移動電話僅在八個時隙中的一個時隙發(fā)射信號，因此需要不斷切換功率放大器工作狀態(tài)。在發(fā)射信號時， GSM移動電話需要打開功率放大器，發(fā)射結(jié)束后將功率放大器關(guān)閉，從而減少手機(jī)功耗，延長通話時間。為了減小功率放大器頻繁切換工作狀態(tài)而導(dǎo)致的對相鄰信道的干擾，ETSI標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定了對功率放大器的功率時間譜和開關(guān)頻譜的要求。圖1是ETSI規(guī)范對功率時間譜的要求， 移動電話在每一個時隙的輸出功率必須落在規(guī)定范圍(Time Mask)內(nèi)。
表1是ETSI規(guī)范對開關(guān)頻譜的要求。在發(fā)射功率為31dBm的時候，距載波400kHz處開關(guān)頻譜不得超過 -21dBm，距載波600kHz處開關(guān)頻譜不得超過-23dBm，距載波1200kHz處開關(guān)頻譜不得超過-23dBm，距載波1800kHz處開關(guān)頻譜不得超過-26dBm。
目前完整的手機(jī)解決方案的芯片部分主要包括基帶、電源控制、收發(fā)器和功率放大器。在這些器件中，基帶、電源控制和收發(fā)器的工作電流都比較小，約為幾十mA，而功率放大器的工作電流較大，峰值電流約為1~2A。并且功率放大器的工作模式為非連續(xù)方式，因此功率放大器所需電流為幅度較大的脈沖電流，圖2是功率放大器Vcc引腳電流波形。
功率放大器所需要的脈沖大電流對電源提出了較高的要求。如果電源不能夠提供功率放大器所需要的瞬時大電流，那么功率放大器就會異常工作，從而導(dǎo)致移動電話的各項指標(biāo)惡化，表現(xiàn)之一就是開關(guān)頻譜異常。
設(shè)計調(diào)試中的注意事項
圖3是移動電話功率放大器的外圍電路圖，其中功率放大器的第4引腳接電源。為了保證功率放大器在工作狀態(tài)時獲得足夠的電流，通常在靠近功率放大器的第4引腳處并聯(lián)一個電容，電容的大小約為3.3mF或者 4.7mF。具體設(shè)計可以根據(jù)實際需要適當(dāng)增加電容值，但過大的電容不僅會增加成本，占用較大的印刷電路板面積。而且在增大到一定容值后，進(jìn)一步增加電容值將不再會顯著改善電源性能。此外，這個電容和功放的第4引腳在電路板上應(yīng)該盡量靠近，而且要用銅箔塊連接，以減少電容放電途徑的阻抗。在電容類型的選取上，應(yīng)該選擇等效串連電阻和等效串連電感較小的電容。因為等效串連電阻決定了電容器的最大放電電流，等效串連電阻和等效串連電感決定了放電速度(即脈沖電流的前沿上升時間)。如果使用這兩個數(shù)值大的電容是根本無效的，只有使用高頻電解電容、無感薄膜電容、獨石電容等才行。除了在功率放大器電源腳放置電容外，在印刷電路板布線的時候，還應(yīng)該注意盡量縮短電源線的長度，過長的電源線不僅增加了電壓損耗，而且會導(dǎo)致供電電壓的波動。此外，功率放大器的電源線的寬度不應(yīng)該低于9mil，過于狹窄的電源線呈現(xiàn)出較大的阻抗，也會進(jìn)一步惡化電源的性能。在印刷電路板布線時，如果不注意上述問題，會導(dǎo)致功率放大器電源供電不足，從而引發(fā)開關(guān)頻譜的惡化。在移動電話調(diào)試過程中，如果開關(guān)頻譜不能滿足ETSI要求，設(shè)計人員可以進(jìn)一步觀察移動電話的功率時間譜。例如在最高功率等級的功率時間譜上，功率放大器穩(wěn)定輸出功率出現(xiàn)明顯下降的情況，那么有可能是功率放大器電源供電電流不能滿足功率放大器要求。設(shè)計人員可以從上述三個方面考慮改進(jìn)功率放大器電源電路的設(shè)計。
量產(chǎn)測試中的注意事項
在量產(chǎn)測試中，通常生產(chǎn)廠家不會采用真正的電池而是采用“假電池”。
由于移動電話工作時，功率放大器所需電流為大幅度脈沖電流，在這種情況下，連接電源線的電感不可忽略。由于受到大幅度脈沖電流和電源線等效電感的影響，功率放大器Vcc管腳的實際電壓可以由下式表示：
其中，Vd是電源通路上的電壓降數(shù)值，R是電源通路的電阻值，I是電流，L是電源線的電感值，t是時間。
如果用示波器實際測試加在移動電話上的電壓，會發(fā)現(xiàn)大量的毛刺， 如圖4所示。在實際生產(chǎn)中，嚴(yán)重的毛刺會導(dǎo)致功率放大器失效或被擊穿，而更多的情況下，這種電源的波動會導(dǎo)致移動電話的開關(guān)頻譜惡化，從而使得被測試移動電話不能通過生產(chǎn)測試。
針對上述問題，可以從三個方面來改善測試生產(chǎn)線上移動電話的供電電源的性能。首先要盡量縮短穩(wěn)壓電源和待測移動電話之間的電源線長度，通過減小電源線長度來減小電源線的等效電感，從而減小毛刺的幅度。其次，可以在電源線靠近待測移動電話的一端并聯(lián)一個大電容(鉭電容或電解電容)，電容值通常不小于3000mF，從而保證為功率放大器提供瞬時大電流。最后，在選擇移動電話生產(chǎn)測試線上使用的穩(wěn)壓電源時，應(yīng)該充分考慮所選的型號是否能夠滿足測試時對供電電流的要求。
在量產(chǎn)測試中，如果較大比例的被測移動電話不能通過開關(guān)頻譜的測試，那么可以考慮檢測移動電話電源波形或者直接換用真電池進(jìn)行測試。在使用真電池的情況下，如果待測移動電話能夠通過測試，就需要檢查測試電源的設(shè)置，確保測試電源設(shè)置能夠滿足移動電話功率放大器對大幅度脈沖電流的需要。
