中心議題：

• 無線網卡輸入電源的設計

解決方案：

• 超級電容與降壓變換器不同方式下配合使用
• 采用輸出電流為2A的降壓變換器
• 采用輸出電流低於1A的降壓變換器

利用插接在便攜式筆記本電腦上的無線網卡連接互聯網的應用越來越廣泛。通常，無線數據網卡使用雙模的無線射頻模塊，如EDGE/WCDMA，GPRS/WCDMA
，CDMA/WCDM等。這些網卡基於USB/PCMCIA/PCIE接口與筆記本電腦之間進行高速雙向的數據傳輸，同時筆記本電腦也要通過這些接口向無線數據網卡提供電源。CDMA/WCDMA在射頻模塊發射工作時不會有很大的脈動負載，GSM、GPRS和EDGE平均工作電流很小，但在射頻模塊發射時

，瞬態電流達到2A。但這些接口的電源管理輸出通常有最大電流限製，這對無線網卡輸入電源的設計提出了特定要求。

雙模射頻模塊和接口電源的特點

射頻模塊工作於CDMA/WCDMA時，發射的峰均比值即峰值功率與平均功率的比值小
，負載脈動小。射頻模塊工作於GSM、GPRS等模式時，發射的峰均比值大
，瞬態峰值電流值很大
，因此負載脈動大。

GSM和GPRS的class 2和class 8的發射突發時間為577μS；GPRS和class 10的發射突發時間為1.15ms；GPRS的class 12的發射突發時間為2.3ms。GPRS的class 10和class 12通常要求電源在發射突發期間能提供2A峰值電流，平均電流大約為0.6A，在兩個峰值間抽取電流為0.1A。GPRS的class 10發射要求的脈衝寬度1.154ms
，脈衝峰值電流最大值2A
，占空比為25%，並在此期間能進行全功率發射。GPRS的class 12發射要求的脈衝寬度2.308ms
，脈衝峰值電流最大值2A
，占空比為55%
，在此期間也要能進行全功率發射。很明顯，對於GPRS的class 10和class 12，峰值電流脈衝時間很長
，因此設計要求也更嚴格。

USB的接口電源電壓額定值為5V，而PCMCIA和PCIE的接口電源電壓額定值為3.3V，射頻模塊的電源電壓一般設定在3.75V。當用USB的接口時需要降壓變換器從5V得到3.75V，當用PCMCIA和PCIE的接口時需要升壓變換器從3.3V得到3.75V。本文將討論基於USB接口無線網卡供電電源的設計，基於PCMCIA和PCIE接口無線網卡供電電源的設計的基本原則與其類似。

USB接口輸出的電壓為5V，允許的範圍4.75V到5.25V，最大允許輸出電流為500mA。射頻模塊在發射突發期間需要2A的峰值電流，遠遠大於USB接口規定所允許的500mA的輸出電流。負載的所需要的穩態電流主要用於基帶芯片和其它的一些數字邏輯芯片，若穩態電流為Ibase，峰值電流為Ipeak，峰值電流占空比為D
，則電源所要求的平均輸出電流Iave為：

Iave＝Ibase+D×Ipeak

對於GPRS的class 10，當Ibase=0.05A，Ipeak=2A，D=25%時
，電源所要平均輸出電流為0.55A。

電源方案設計

無線網卡的電源通常要用到超級電容
，即電容值為幾個或幾十個mF的de鉭tan電dian容rong。超chao級ji電dian容rong儲chu存cun很hen多duo能neng量liang
，能neng負fu載zai傳chuan輸shu很hen高gao的de功gong率lv
，並bing平ping滑hua電dian壓ya紋wen波bo。超chao級ji電dian容rong與yu降jiang壓ya變bian換huan器qi有you不bu同tong的de配pei合he使shi用yong方fang式shi，這zhe就jiu決jue定ding了le其qi電dian源yuan設she計ji的de結jie構gou不bu同tong。

1.采用輸出電流為2A的降壓變換器

如果直接用降壓變換器全額輸出為射頻模塊供電，則要設計一個輸出電流為2A的降壓變換器(圖1a)。

圖1：(a)采用輸出電流為2A的降壓變換器的設計方案；                      (b)具有動態輸入電流限製的設計方案。

輸出電流為2A的與降壓變換器可以在射頻模塊工作於發射突發期間提供足夠的電流，因此輸出電容COUT可以不用超級電容。但是，當輸出電流為2A時，輸入電壓具有很大的紋波，輸入電壓的最低電壓必須大於降壓變換器的最小工作電壓Vcc(Min)，降壓變換器才能正常工作。為減小輸入電壓的下降，輸入端要采用超級電容，CIN值可用下式計算：
 

USB接口的電源線電容不能大於10uF，否則在上電的過程中電容充電相當於瞬態短路。電容越大，短路時間越長
，大輸入浪湧電流持續的時間就越長，這樣將導致USB口關斷，引起係統的關機或藍屏死機。因此，必須在USB輸出和降壓變換器間之間采用限流器，即負載開關(如AOZ1300)。負載開關的輸入(即USB輸出的電容CUSB)可以采用4.7~10uF電容，負載開關的輸出(即降壓變換器輸入)采用超級電容。負載開關提供USB輸出電流的限流保護


，超級電容用於保證降壓變換器最小工作電壓。

這種方法由於使用2A的降壓變換器，而係統平均電流隻有0.55A，所以降壓變換器處於嚴重的浪費狀態，而且需要的功率電感和MOSFET的體積大
、成本高。另外，在降壓變換器輸入端需要用較高額定電壓超級電容。因此，在體積受到限製的手持係統中，通常不采用這種方案。

2.采用輸出電流低於1A的降壓變換器

當采用輸出電流為0.6A的de降jiang壓ya變bian換huan器qi時shi，由you於yu輸shu出chu穩wen態tai電dian流liu小xiao，所suo以yi超chao級ji電dian容rong需xu要yao放fang在zai輸shu出chu端duan。當dang射she頻pin模mo塊kuai工gong作zuo於yu發fa射she突tu發fa期qi間jian時shi
，降jiang壓ya變bian換huan器qi進jin入ru過guo流liu保bao護hu

，停ting止zhi工gong作zuo。超chao級ji電dian容rong放fang電dian維wei持chi射she頻pin模mo塊kuai發fa射she所suo需xu要yao的de全quan部bu能neng量liang。電dian路lu框kuang圖tu同tong圖tu1a。超級電容值用下式計算：
 

其中
，VOUT(Min)為額定輸出電壓的最小值，VRF(Min)為wei射she頻pin模mo塊kuai要yao求qiu的de最zui小xiao工gong作zuo電dian壓ya。請qing注zhu意yi，連lian接jie在zai降jiang壓ya變bian換huan器qi輸shu出chu端duan的de超chao級ji電dian容rong可ke以yi采cai用yong較jiao低di額e定ding電dian壓ya
，但dan要yao求qiu的de容rong值zhi大da於yu每mei一yi種zhong方fang案an。
同樣，降壓變換器輸入電壓的最低電壓必須大於其最小工作電壓Vcc(Min)，因此CIN值可用下式計算：

由於穩態的輸出功率低，CIN為22~100uF就足以滿足要求。USB的輸出電CUSB可用4.7~10uFdianrong。ciwai，duiyujiangyabianhuanqi，youyushuchudianrongda，qidongguochengzhongcunzaichixushijianchangdedalangyongdianliu，yincibixuyongjiaochangderuanqidongshijianyijianxiaolangyongdianliu

，tongshicaiyonggengdidezhefanpinlvgongneng，fangzhizhankongbihediangancitongshikong，congerdianganbaohesunhuaixinpian。

對於這種架構
，有時負載開關會連接到降壓變換器輸出（圖2）
，然(ran)後(hou)射(she)頻(pin)模(mo)塊(kuai)連(lian)接(jie)到(dao)負(fu)載(zai)開(kai)關(guan)，這(zhe)樣(yang)降(jiang)壓(ya)變(bian)換(huan)器(qi)就(jiu)隻(zhi)能(neng)用(yong)較(jiao)小(xiao)的(de)輸(shu)入(ru)電(dian)容(rong)。這(zhe)將(jiang)導(dao)致(zhi)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)紋(wen)波(bo)大(da)，尤(you)其(qi)是(shi)其(qi)輸(shu)出(chu)瞬(shun)態(tai)過(guo)載(zai)時(shi)，輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)的(de)最(zui)低(di)點(dian)可(ke)能(neng)低(di)於(yu)其(qi)最(zui)小(xiao)工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)Vcc(Min)，係統將關斷而複位重新起動，因此也不建議采用這種方式。

負載開關連接在降壓變換器的輸出端。

3.動態輸入電流的限製

負載開關(如AOZ1300)主zhu要yao用yong於yu提ti供gong輸shu入ru限xian流liu保bao護hu，通tong常chang當dang通tong過guo負fu載zai開kai關guan的de電dian流liu大da於yu其qi設she定ding的de限xian流liu值zhi時shi，負fu載zai開kai關guan或huo者zhe關guan斷duan輸shu出chu，或huo者zhe采cai用yong恒heng流liu輸shu出chu。采cai用yong恒heng流liu輸shu出chu可ke以yi降jiang低di輸shu入ru的de電dian壓ya紋wen波bo，但dan其qi工gong作zuo於yu線xian性xing狀zhuang態tai，功gong率lv損sun耗hao大da
，係xi統tong的de效xiao率lv低di。
如ru果guo在zai降jiang壓ya變bian換huan器qi中zhong采cai用yong恒heng壓ya和he恒heng流liu切qie換huan控kong製zhi，正zheng常chang工gong作zuo時shi采cai用yong恒heng壓ya模mo式shi

，瞬shun態tai大da電dian流liu時shi采cai用yong恒heng流liu模mo式shi
，以yi實shi現xian動dong態tai輸shu入ru電dian流liu限xian製zhi，這zhe樣yang恒heng流liu及ji限xian流liu也ye是shi工gong作zuo於yu開kai關guan狀zhuang態tai，因yin此ci功gong率lv損sun耗hao小xiao

、係統的效率高。恒流及限流值ICL為：

圖1b所示電路需要用二個運放，A1用於檢測輸入電流，A2用於隔離電壓和電壓反饋信號，以保證電壓和電壓反饋信號中隻有其中的一個信號參與係統的反饋工作。二極管D防止運放A2deshuchuguanjiaochuxianguanrudianliu。qingzhuyi，zaishuchushuntaiguozaishi，jiangyabianhuanqigongzuoyuhengliujixianliumoshi，danrengshuchudianliu。zaishuchushuntaiguozaiqijian
，jiangyabianhuanqirengkeyitigongyidingbilideshuchudianliugeishepinmokuai，yincisuoxudeshuchuchaojidianrongzhikeyijianxiao。ruoxianliuzhiwei0.5A，則輸出超級電容值可以減小25%。