射頻 PA 是射頻前端核心器件，決定無線通信質(zhì)量的關(guān)鍵要素

射頻 PA 是射頻前端核心器件，決定無線通信質(zhì)量的關(guān)鍵要素

射頻模塊是無線通信設(shè)備的核心模塊

無線通信主要是利用電磁波實現(xiàn)多個設(shè)備之間的信息傳輸。射頻是可以輻射到空間的電磁頻率，頻率范圍從 300KHz～300GHz 之間。射頻模塊是用于發(fā)射和 / 或接收兩個裝置之間的無線電信號的電子設(shè)備，是無線通信設(shè)備實現(xiàn)信號收發(fā)的核心模塊。

射頻前端架構(gòu)基本類似

射頻前端包括接收通道和發(fā)射通道兩大部分。一般由射頻開關(guān)（Switch）、射頻低噪聲放大器（LNA，Low Noise Amplifier）、射頻功率放大器（PA，Power Amplifier）、雙工器（Duplexers）、射頻濾波器（Filter）、天線調(diào)諧器（Antenna tuners） 等組成。

發(fā)射通道和接收通道工作原理

發(fā)射通道是使用基帶信號（語音、視頻、數(shù)據(jù)或其他信息）去調(diào)制中頻正弦波信號，然后中頻信號再通過混頻器往上搬移到所需的射頻發(fā)射頻率，通過功率放大器來增加發(fā)射機(jī)的輸出功率并驅(qū)動天線將已調(diào)制好的載波信號變換成能夠在自由空間傳播的電磁波。

接收通道是發(fā)射通道的逆過程，天線將在相對寬的頻率范圍內(nèi)接收到來自很多輻射源的電磁波，帶通濾波器將濾掉不需要的接收信號，隨后低噪聲放大器放大可能接 收的微弱信號并使進(jìn)入到接收信號中的噪聲影響最小化，混頻器將接收到的射頻信號 下變頻到較低的頻率，中頻放大器將提升信號的功率電平 以便于解調(diào)并得到信息。

射頻 PA 是決定通信質(zhì)量的關(guān)鍵器件

功率放大器是能夠向天線提供足夠信號功率的放大電路主要功能是將調(diào)制振蕩電路所產(chǎn)生的功率很小的射頻信號放大（緩沖級、中間放大級、末級功率放大級）并饋送到天線上輻射出去，是無線通信設(shè)備射頻前端最核心的組成部分，其性能直接決定了無線終端的通訊距離、信號質(zhì)量和待機(jī)時間（或耗電量），它也是射頻前端功耗最大的器件。

射頻功率放大器在雷達(dá)、無線通信、導(dǎo)航、衛(wèi)星通信、電子對抗設(shè)備等系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，是現(xiàn)代無線通信的關(guān)鍵設(shè)備。

PA 也是射頻前端器件中價值量較大的器件

手機(jī)目前仍然是射頻前端最大的終端應(yīng)用市場，在所有射頻前端器件中，射頻 PA 的價值量僅次于濾波器，是射頻前端器件中價值量較大的器件。根據(jù) Yole 的數(shù)據(jù)顯示，2017 年手機(jī)射頻前端中射頻 PA 市場規(guī)模約 50 億美元，在整個射頻前端中價值量占比 34%，僅次于濾波器。

射頻 PA 的核心是晶體管

放大器的電路一般由晶體管、偏置及穩(wěn)定電路、輸入輸出匹配電路等組成。功率放大器核心是利用三極管的電流控制作用或場效應(yīng)管的電壓控制作用將電源的功率轉(zhuǎn)換成按照輸入信號變化的電流，起到電流電壓放大的作用。

晶體管作為射頻放大器的核心器件，它通過用小信號來控制直流電源，產(chǎn)生隨之變化的高功率信號，從而實現(xiàn)將電源的直流功率轉(zhuǎn)換成為滿足輻射要求的功率信號。

工程應(yīng)用方面，提升 PA 性能的方法大多依賴工藝，以手機(jī)射頻 PA 為例，目前主流工藝是采用第二代半導(dǎo)體材料砷化鎵，由第一代半導(dǎo)體材料發(fā)展出的工藝技術(shù)（如 CMOS、SOI 和 SiGe 工藝）在無線通信技術(shù)發(fā)展過程中遇到瓶頸，通過設(shè)計來彌補(bǔ)工藝的不足難度很大，因此在整體的射頻 PA 器件設(shè)計生產(chǎn)過程中工藝是基礎(chǔ)。

射頻晶體管發(fā)展出多種材料工藝

射頻半導(dǎo)體主要經(jīng)歷了由第一代半導(dǎo)體到第三代半導(dǎo)體的三個階段的發(fā)展，其制造工藝結(jié)構(gòu)也經(jīng)歷了由基礎(chǔ)的 BJT、FET 向更復(fù)雜的 HBT、LDMOS 和 HEMT 等的發(fā)展。

不同材料的性能及成本差別較大

BJT 用電流控制，F(xiàn)ET 屬于電壓控制。HBT 具有功率密度高、相位噪聲低、線性度好等特點(diǎn)，GaAs HBT 是目前手機(jī)射頻 PA 主流工藝。硅基 LDMOS 器件被廣泛用于基站的射頻 PA 中。HEMT 是 FET 的一種，近幾年 GaN HEMT 憑借其良好的高頻特性吸引了大量關(guān)注。

不同應(yīng)用場景所需 PA 的性能指標(biāo)不同

按照應(yīng)用場景分為大功率（基站等）和小功率（手機(jī)等）。基站 PA 的應(yīng)用指標(biāo)在于其高功率和高效率，而手機(jī) PA 的應(yīng)用指標(biāo)則在于高線性度、低功耗和高效率。

不同應(yīng)用場景下射頻 PA 的競爭格局

基站射頻 PA 主要供應(yīng)商有 Freescale、NXP、Infineon 等。2015 年，NXP 以約 118 億美元的價格并購 Freescale 后將 NXP 自身的射頻功率晶體管業(yè)務(wù)剝離賣給了北京建廣資本，這部分剝離的業(yè)務(wù)后來成立了 Ampleon（安譜?。?。

手機(jī)射頻 PA 主要供應(yīng)商有 Skyworks、Broadcom（Avago）、Qorvo 等。

不同材料工藝的 PA 產(chǎn)業(yè)分工略有不同

普通硅工藝集成電路和砷化鎵 / 氮化鎵等化合物集成電路芯片生產(chǎn)流程大致類似，但與硅工藝不同的是化合物半導(dǎo)體制程由于外延過程復(fù)雜，所以形成了單獨(dú)的磊晶產(chǎn)業(yè)。

磊晶是指一種用于半導(dǎo)體器件制造過程中，在原有芯片上長出新結(jié)晶以制成新半導(dǎo)體層的技術(shù)，又稱外延生長。

由于與 Si 材料性能差異較大，化合物晶圓制造中設(shè)備及工藝與硅有極大的不同，所以化合物半導(dǎo)體擁有自己獨(dú)立的全套產(chǎn)業(yè)鏈。

射頻 PA 產(chǎn)業(yè)同時存在兩種商業(yè)模式

射頻 PA 產(chǎn)業(yè)同時有 IDM（Integrated Device Manufacture，垂直整合制造）模式和 Fabless 模式。

IDM 模式是指垂直整合制造商獨(dú)自完成集成電路設(shè)計、晶圓制造、封測的所有環(huán)節(jié)。該模式為集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展較早期最為常見的模式，但由于對技術(shù)和資金實力均有很高的要求，因此目前只為少數(shù)大型企業(yè)所采納，歷史成熟廠商 Skyworks、Qorvo、Broadcom 等均采用 IDM 模式。

在 Fabless 模式下，集成電路設(shè)計、晶圓制造、封測分別由專業(yè)化的公司分工完成， 此模式中主要參與的企業(yè)類型有芯片設(shè)計廠商、晶圓制造商、外包封測企業(yè)。隨著技術(shù)的成熟和代工能力的興起，代工模式占比也將提升，以手機(jī)射頻 PA 為例，中國臺灣廠商 穩(wěn)懋已經(jīng)是砷化鎵射頻工藝非常成熟的代工廠。新晉廠商高通、卓勝微等優(yōu)選 Fabless，主攻 IC 設(shè)計，制造封測需求外部合作。