什么是功率放大器？Qorvo如何利用PAM助力未來的5G基礎設施？

5G是無線通信領域有史以來最重要、最強大的技術之一。與4G相比，5G在數據傳輸速率、延遲和容量方面均實現了顯著提升，有望成為影響業(yè)界乃至全球的真正變革性技術。

然而，這些根本性的性能改進給底層射頻(RF)硬件帶來更大的壓力，也提出更嚴格的要求。功率放大器(PA)作為RF硬件中最重要的器件之一，其重要性亦伴隨5G的普及而與日俱增。為幫助化解5G RF PA的設計挑戰(zhàn)，功率放大器模塊(Power Amplifier Modules, PAM)近年來已成為一種重要工具。

在這篇文章中，我們將討論PA和它們在5G中的作用，以及Qorvo如何利用PAM助力未來的5G基礎設施。

什么是功率放大器？

在處理RF信號時，尤其在5G的高頻段，信號電平可能非常低。這種情況帶來了一定挑戰(zhàn)，因為電磁(EM)信號在較低的幅度下更容易受到系統(tǒng)級噪聲的影響(即導致信噪比降低)。此外，較低的電壓信號通常不足以缺乏驅動后續(xù)電路或天線。

工程師們利用PA來應對這些挑戰(zhàn)。RF PA作為用于提高RF信號幅度、輸出功率或驅動能力的電路模塊，通常位于系統(tǒng)天線附近，從而為發(fā)射天線提供大功率信號。

使用PA的目的在于增強信號，同時保持信號從輸入到輸出的高保真度。因此，線性度、效率和輸出功率是PA的重要指標。

PA的設計挑戰(zhàn)

長期以來，人們在電路板上使用分立元件來設計PA及其周邊電路。盡管這種方法多年來一直為該行業(yè)所采用；然而，隨著一些非常規(guī)設計挑戰(zhàn)的出現，這種方式的有效性受到了質疑。

其中一個挑戰(zhàn)是如何在面積、成本、性能和功耗之間取得平衡。一般來說，這些參數相互之間存在沖突，設計人員必須知道如何優(yōu)化電路，以在特定應用中以最佳的方式權衡取舍。當使用分立元件時，由于元器件選擇、組件互用性及布局等因素會對性能造成影響，在這些權衡因素間取得平衡變得越來越困難。

在向5G的演進中，這一情況變得更為復雜，因為系統(tǒng)需要覆蓋更寬的帶寬和更高的頻率范圍。如今的系統(tǒng)在工作頻率高達4GHz的同時，需要具備高達400MHz的平均瞬時帶寬。因此，所面對的挑戰(zhàn)在于既要在這個頻段上達成前文所提到的系統(tǒng)權衡，又要同時保持性能。

采用PAM的解決方案

為應對這些挑戰(zhàn)，Qorvo將目光轉向PAM。PAM是將PA及其周邊電路的分立元件集成至單個封裝解決方案中的電子器件。

例如，在5G基站應用中，PAM可以將驅動放大器和末級放大器集成到單個封裝中，而不是將它們作為分立的電路模塊實現。通過將整個PA系統(tǒng)集成到單個模塊，我們可以獲得許多重要的成果，如下圖所示。

Qorvo QPA4501 PAM產品集成一個Doherty 末級放大器，可實現高功率及高效率

首先，PAM使基站等RF系統(tǒng)的設計相比分立方案更為簡化。設計人員無需挑選元件和設計分立電路，便可選擇適合自己需要的模塊，并將其作為一個整體在系統(tǒng)中實施。

除此之外，與非模塊化解決方案相比，PAM還帶來更卓越的性能與更小的面積。通過集成元件，可將寄生效應等布局問題將至最低，從而獲得更高的性能與效率。Qorvo的PAM還同時為設計人員解決了阻抗匹配等問題，確保最高性能的達成。

最后，這種集成方式使系統(tǒng)平均體積更小，為用戶的最終系統(tǒng)設計節(jié)省了重量和面積。

Qorvo的PAM專業(yè)技術

Qorvo提供業(yè)界最龐大、最具創(chuàng)新性的碳化硅基氮化鎵(GaN-on-SiC)產品組合，幫助用戶實現卓越的效率和操作帶寬。GaN-on-SiC產品具有功率密度高、尺寸小、增益出色、可靠性高和工藝成熟等特點。

Qorvo認識到PAM在未來5G系統(tǒng)設計中的重要性，并致力于為市場打造業(yè)界領先的解決方案。Qorvo的PAM旨在實現功率、效率、尺寸和成本間的平衡，同時盡可能簡化用戶的設計。

關于作者

Shawn Gibb

5G基站產品高級產品線經理

Shawn在GaN技術領域超過25年的工作經驗，使其十分了解這項技術的能力與挑戰(zhàn)。作為我們GaN基站產品的產品經理，他與客戶同我們著名的GaN專家團隊緊密合作，共同開發(fā)將塑造無線通信未來的前沿產品。

審核編輯：湯梓紅