功放如何為解決射頻前端帶來(lái)的若干挑戰(zhàn) 為智能手機(jī)提供最佳的效率？

下一代智能手機(jī)將具備更先進(jìn)的功能，包括：屏幕更大、多媒體功能更豐富、支持多個(gè)頻段和多種模式、電池續(xù)航時(shí)間更長(zhǎng)以及機(jī)身更加輕薄。這些應(yīng)用趨勢(shì)對(duì)射頻前端帶來(lái)了若干挑戰(zhàn)。

隨著許多大城市相繼推出LTE和TD-LTE以及智能手機(jī)輕薄化要求不斷提升，集成度和性能的重要性前所未有。因此，功放（PA）必須在這兩方面進(jìn)一步提高，以幫助移動(dòng)設(shè)備制造商實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

ANADIGICS公司中國(guó)北方地區(qū)銷售主管何肅平指出，智能手機(jī)對(duì)多頻段、多模式支持提出了需求，例如：四頻段EDGE及雙頻段WCDMA和LTE。這個(gè)需求增加了射頻部分的復(fù)雜度和尺寸。由于制造商希望生產(chǎn)出具有更多功能、更輕薄的產(chǎn)品，PCB空間和元器件尺寸就變得極為重要。對(duì)于功放來(lái)說(shuō)，需要為多頻段和多模式提供更高的功能。

另外，先進(jìn)的多媒體功能和高速的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)要求功放能夠在大功率模式下更頻繁地運(yùn)行。GSM協(xié)會(huì)TS09程序發(fā)布的功率分布圖為3G設(shè)備在典型網(wǎng)絡(luò)中的輸出功率提供了指導(dǎo)。然而，大功率使用的增加為在大功率模式下提高效率帶來(lái)了壓力。這使得針對(duì)所有輸出功率優(yōu)化的功放需要為用戶提供出色的電池續(xù)航時(shí)間。

每種應(yīng)用都對(duì)功放技術(shù)和設(shè)計(jì)具有特定要求。對(duì)于手機(jī)來(lái)說(shuō)，功放的性能是通過(guò)線性度、增益和天線的輸出功率來(lái)衡量的。

手機(jī)從2G、3G演變到現(xiàn)在的4G，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了功放線性度在建立和維持穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)連接方面的重要性。線性度是指功放精確重生成射頻輸入頻率和幅度變化的能力。這是一個(gè)重要指標(biāo)，因?yàn)樗兄诖_定設(shè)備維持穩(wěn)定無(wú)線連接的能力，將直接影響語(yǔ)音通信和數(shù)據(jù)通信的質(zhì)量。

增益是輸出與輸入的功率比，同樣也會(huì)影響器件的性能。功放必須接收收發(fā)器的輸出（通常小于+3dBm）并將信號(hào)不失真地放大。為了保證下一代智能手機(jī)具有出色的數(shù)據(jù)連接，就必須選擇具有足夠增益的功放。

收發(fā)器信號(hào)在到達(dá)天線之前必須通過(guò)功放、開關(guān)和濾波器。因此，功放增益應(yīng)該提供足夠的射頻功率，以克服其他所選器件的損耗。

從工藝角度來(lái)看，功放市場(chǎng)將會(huì)繼續(xù)發(fā)展。市場(chǎng)長(zhǎng)期以來(lái)由InGaP HBT器件所主導(dǎo)。ANADIGICS公司的先進(jìn)產(chǎn)品采用了InGaP-Plus技術(shù)。這項(xiàng)獨(dú)特的專利技術(shù)一直以來(lái)提供了重要的性能、集成度和可靠性優(yōu)勢(shì)，讓設(shè)計(jì)者可以使用工具庫(kù)來(lái)開發(fā)獨(dú)特并具前瞻性的產(chǎn)品。

該技術(shù)使器件具有更出色的性能和集成度，這正是當(dāng)今市場(chǎng)的兩大趨勢(shì)。例如，目前從單頻段功放到多模、多頻段功放的轉(zhuǎn)變節(jié)省了寶貴的PCB空間。

功放制造商一直以來(lái)都在尋找實(shí)現(xiàn)更高集成度和更高性能的方法，正如3G設(shè)備引領(lǐng)的趨勢(shì)一樣。ANADIGICS在這兩方面一直都處于行業(yè)領(lǐng)先，其雙頻段、低功率下高效率（HELP）的功放就是最好的證明。該公司開發(fā)的LTE系列產(chǎn)品覆蓋了世界各地部署的主要頻段。其LTE產(chǎn)品系列包含了40多種功放（包括單頻段、雙頻段和多頻段產(chǎn)品），從而保證能夠?yàn)樘囟☉?yīng)用選擇最合適的功放。

ANADIGICS的雙頻段HELP3E功放通過(guò)將兩個(gè)獨(dú)立功放集成在一個(gè)緊湊封裝中，可以為手機(jī)制造商節(jié)省PCB空間。另外，該解決方案還實(shí)現(xiàn)了高效率和出色的線性度。

通過(guò)使用InGaP-Plus專利工藝技術(shù)和先進(jìn)的電路設(shè)計(jì)技術(shù)提供具有三種模式狀態(tài)的解決方案，ANADIGICS的HELP4功放實(shí)現(xiàn)了更高的性能。這使得制造商無(wú)須使用DC-DC轉(zhuǎn)換器，就能在小功率、中等功率和大功率模式下實(shí)現(xiàn)高效率。這類功放具有出色的效率和極低的靜態(tài)電流，能夠?yàn)槎喙δ苤悄苁謾C(jī)提高電池續(xù)航時(shí)間。

在推出高集成度和性能的HELP3E和HELP4后，該公司又推出了新一代功放來(lái)引領(lǐng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。ANADIGICS的多模、多頻段功放針對(duì)LTE、WCDMA和CDMA信號(hào)調(diào)制進(jìn)行了優(yōu)化以提供出色的性能。該功放在為手機(jī)提供出色的諧波、噪聲和互調(diào)性能的同時(shí)，針對(duì)所有調(diào)制信號(hào)在效率、電流消耗和線性規(guī)格上進(jìn)行了增強(qiáng)。ANADIGICS采用緊湊的5mm×7.5mm封裝提供四波段GSM/EDGE和雙波段WCDMA/LTE功能，有效地節(jié)省了空間。

市場(chǎng)上部分高集成度功放解決方案的效率極低，影響了電池的整體續(xù)航時(shí)間。何肅平強(qiáng)調(diào)，ANADIGICS的產(chǎn)品和這些產(chǎn)品的主要區(qū)別在于其高集成度與出色效率相結(jié)合的能力。ANADIGICS的新ProEficient功放經(jīng)過(guò)優(yōu)化，能夠在所有的輸出功率等級(jí)上提供極高效率（圖1）。這樣，產(chǎn)品結(jié)合了低功率模式下更長(zhǎng)的通話時(shí)間和大功率模式下更長(zhǎng)的數(shù)據(jù)應(yīng)用。該功放還針對(duì)平均功率跟蹤（APT）使用進(jìn)行了優(yōu)化，以進(jìn)一步提高效率和降低中等及低功率模式下的電流消耗。除了出色的效率之外，ProEficient功放還具有出色的線性度，保證了連接的穩(wěn)定性以實(shí)現(xiàn)清楚的通話和高速的數(shù)據(jù)應(yīng)用。

圖1：ProEficient功放在所有的輸出功率上都提供高效率。

放大器助基站尺寸再創(chuàng)新低

根據(jù)對(duì)TD-LTE的增長(zhǎng)預(yù)期以及基站將以多頻段、多模式運(yùn)作，大部分新開發(fā)的器件具有禁止功能，在操作傳輸或接收狀態(tài)時(shí)，可以讓系統(tǒng)輕松地關(guān)閉各自的功能。這樣一來(lái)，在系統(tǒng)中也可以降低功耗。

TriQuint基站小信號(hào)產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理Tuan Nguyen介紹，該公司新發(fā)布的兩款低噪聲放大器（LNA）TQP3M9036和TQP3M9037提供了低于0.5dB的噪聲系數(shù)，并具有高線性性能和高增益（圖2）。為了提供多?；荆ㄓ绕涫荰DD-LTE）的靈活性，這些新的低噪放也提供了關(guān)閉模式功能。

圖2：低噪放為基站提供噪聲系數(shù)、線性度和可靠性的最佳組合。

另外，針對(duì)無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)應(yīng)用的元器件，終端制造商需要集成度更高的解決方案，并保證高線性性能和持續(xù)實(shí)現(xiàn)低功耗。借助功率放大器實(shí)現(xiàn)更高的效率，進(jìn)而降低運(yùn)營(yíng)成本支出，一直是制造商的需求。GaN和高壓HBT被視為是滿足高效率需求的可能解決方案。集成度更高的射頻解決方案和高效的功率放大器使基站尺寸不斷降低——10年前像電冰箱一樣大的基站現(xiàn)在縮小為背包大小的遠(yuǎn)端射頻頭，并且還將演進(jìn)成手提袋大小的有源天線或是小型蜂窩解決方案。

中國(guó)在基于無(wú)線應(yīng)用的時(shí)域雙工（TDD）的部署上已經(jīng)處于領(lǐng)先地位，例如：個(gè)人手機(jī)系統(tǒng)（PHS）及TD-SCDMA。這有助于推進(jìn)比其他類型無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)更快的下一代TD-LTE的部署。TriQuint為基站設(shè)備同時(shí)提供了眾多無(wú)源和有源器件，包括：射頻和中頻濾波器、混頻器、線性放大器、增益模塊、低噪放和功放等。各種級(jí)別的集成器件均支持基站演進(jìn)。

其中，一級(jí)器件具有高增益并集成了匹配電路。采用這些產(chǎn)品可以消除上行線路中一級(jí)或多級(jí)增益，無(wú)需采用外部匹配電路，從而減小基板尺寸、降低成本。二級(jí)器件采用單一封裝集成多種功能，可以減小整體尺寸，例如，LO緩沖放大器取代了多級(jí)放大器或混頻器。三級(jí)器件將兩級(jí)放大器與級(jí)間匹配電路組合在一起，消除了放大器之間所需的外部匹配電路，同時(shí)降低了系統(tǒng)成本和尺寸。四級(jí)產(chǎn)品采用全封裝集成。這些模塊集成了兩個(gè)放大器、數(shù)字步進(jìn)衰減器、所有匹配器件、偏壓扼流圈、正極旁路電容和隔直流電容，為降低成本和實(shí)現(xiàn)更加緊湊的設(shè)計(jì)提供了50Ω解決方案。

他表示，下一代功放很可能會(huì)采用如GaN或HV-HBT的更新技術(shù)。現(xiàn)今，GaN仍然面臨成本挑戰(zhàn)，但與任何新技術(shù)一樣，隨著產(chǎn)量的增加及收益提高，成本問(wèn)題也將改善。預(yù)計(jì)小蜂窩部署在未來(lái)幾年中將會(huì)有爆發(fā)性的增長(zhǎng)，這樣將會(huì)對(duì)集成度更高，更有效的功放產(chǎn)生更多的需求。TriQuint是唯一一家同時(shí)提供GaN和HV-HBT技術(shù)的供應(yīng)商，同時(shí)，TriQuint也深入?yún)⑴c了采用這些前沿技術(shù)的產(chǎn)品的研發(fā)。