【無線射頻芯片】-多模多頻功率放大器模塊助力復(fù)雜射頻設(shè)計(jì)

1/1多模多頻功率放大器模塊助力復(fù)雜射頻設(shè)計(jì)現(xiàn)代手機(jī)需要處理經(jīng)過簡(jiǎn)單調(diào)制的蜂窩信號(hào)以及藍(lán)牙、WiFi、WiMAX、GPS等其它射頻信號(hào)。為滿意用戶對(duì)體積小、電池續(xù)航時(shí)間長的要求，手機(jī)需要具有高線性度和低噪力量的單一寬帶射頻功率放大器(PA)。ANADIGICS、安華高科技(AvagoTechnologies)、RFMD、Skyworks、意法半導(dǎo)體和TriQuint等公司就是一些推動(dòng)這一趨勢(shì)的關(guān)鍵制造商。

兩年多前，ANADIGICS預(yù)料到這一需求并推出了3G五頻PA模塊AWT6223。基于采納了BiFET工藝的HELP2技術(shù)，AWT6223功率放大器模塊大大降低了工作在WCDMA以及GSM模式下的平均功耗。ANADIGICS現(xiàn)正預(yù)備為3G/4G應(yīng)用推出基于HELP4技術(shù)的新一代多模多頻段功率放大器模塊(圖1)。據(jù)該公司業(yè)務(wù)拓展和應(yīng)用總監(jiān)MahendraSingh介紹：“這種衍生自InGaP-Plus的BiFET工藝，能在同一芯片上，同時(shí)集成了射頻開關(guān)、功率放大器和穩(wěn)壓器。另外，它支持制造具有多個(gè)增益級(jí)的功率放大器、其中每個(gè)增益級(jí)都對(duì)線性和效率進(jìn)行了優(yōu)化?！?/p>

圖1：BiFET實(shí)現(xiàn)單芯片集成RF開關(guān)、多增益PA和一個(gè)穩(wěn)壓器。

ANADIGICS目前已開發(fā)出針對(duì)多模、多頻段的下一代手機(jī)功率放大器。諸如ALT6704，它掩蓋了1710MHz到1785MHz的頻段3、4和9，可支持CDMA、WCDMA/UMTS和LTE模式。Singh指出，在其28dBm輸出功率時(shí)的效率要高出40%;在16dBm輸出功率時(shí)的效率要高出30%。在整個(gè)頻譜范圍，ALT6704有-40dBc(±5MHzACLR)的線性度，而靜態(tài)電流(Icq)只有3mA?！芭c其它產(chǎn)品不同，基于HELP4的功率放大器不需要DC-DC轉(zhuǎn)換器，由于內(nèi)部開關(guān)能針對(duì)不同功率水平供應(yīng)最佳負(fù)載線?！盨ingh表示。該公司還正在努力開發(fā)一款真正融合的3G/4G功率放大器模塊，它將支持多種頻段和空中接口模式。

TriQuint也在進(jìn)行融合功率放大器模塊的開發(fā)。它與收發(fā)器/基帶芯片組廠商合作，正在為多模、多段移動(dòng)設(shè)備開發(fā)一種可升級(jí)的3G/4G融合射頻架構(gòu)。這款稱為TRIUMF的架構(gòu)可支持3G移動(dòng)設(shè)備使用的多個(gè)頻段和空中接口，包括：GSM、EDGE、WCDMA和HSPA。TriQuint高級(jí)市場(chǎng)營銷總監(jiān)ShaneSmith指出，將各功能融合進(jìn)一個(gè)功率放大器模塊的作法將比當(dāng)今分別方案的體積削減50%。TriQuint正同時(shí)設(shè)計(jì)無源和有源射頻器件以制造一個(gè)寬帶射頻放大器架構(gòu)。TRIUMF不僅支持用于語音和低數(shù)據(jù)速率應(yīng)用的GSM/GPRS/EDGE模式還支持用于高速數(shù)據(jù)應(yīng)用的WCDMA/HSPA/LTE模式。在多頻段方面，它可處理傳統(tǒng)四頻段GSM850/900/DCS1800/PCS1900。這樣，它將支持全球范圍的WCDMA/HSPA/LTE掩蓋。

這個(gè)架構(gòu)還承諾供應(yīng)可擴(kuò)展性和系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證。Smith稱，TriQuint正與業(yè)界領(lǐng)先的3G芯片組供應(yīng)商緊密合作，進(jìn)行TRIUMF架構(gòu)的設(shè)計(jì)。TRIUMF的主要優(yōu)點(diǎn)包括：更長的電池續(xù)航時(shí)間、降低了的材料成本以及更小型的射頻系統(tǒng)。該公司強(qiáng)調(diào)，一個(gè)整合了天線開關(guān)、模式/頻段開關(guān)和雙工器的單一的融合功率放大器模塊將顯著減小前端的電路板面積。雖然射頻開關(guān)是采納砷化鎵pHEMT器件實(shí)現(xiàn)的，但PA將利用磷化銦鎵基異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)器件。事實(shí)上，使其得以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)是混合模式BiHEMT工藝。

RFMD是從事融合方案研發(fā)的另一家半導(dǎo)體供應(yīng)商。該公司已推出一個(gè)3G/4G前端平臺(tái)，它支持掩蓋2G/2.5G/3G/4G移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)多達(dá)9個(gè)蜂窩頻段。除了前端的敏捷性，該融合架構(gòu)提高了功能密度，從而簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)、降低了成本并加快了3G和4G多模移動(dòng)設(shè)備的實(shí)現(xiàn)，該公司3G/4G產(chǎn)品營銷總監(jiān)BenThomas表示。這款名為RF6460的融合平臺(tái)包括以下內(nèi)容：RF6260多模、多頻功率放大器模塊;RF6360天線切換模塊(ASM);RF6560前端電源管理IC。由于對(duì)功率放大器進(jìn)行了細(xì)心設(shè)計(jì)，以使它能在2G工作中，運(yùn)行于飽和GMSK和線性EDGE架構(gòu);在3G/4G工作中，運(yùn)行于高效、優(yōu)化的線性模式。為了去掉隔離器及同時(shí)保持寬帶和VSWR容錯(cuò)性能，RF6260功率放大器模塊使用了對(duì)負(fù)載不敏感、平衡(雙正交)的架構(gòu)。為服務(wù)多頻段配置以及2G和3G/4G工作，它集成了一個(gè)SP4T/SP3T模式開關(guān)?？蓴U(kuò)展的RF6260支持多達(dá)五個(gè)頻段。

為與功率放大器一起工作，前端電源管理芯片包含一個(gè)升壓/降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器和幫助電荷泵。轉(zhuǎn)換器可快速對(duì)負(fù)載和線路瞬態(tài)做出響應(yīng)，所以在很寬的電壓范圍內(nèi)，該轉(zhuǎn)換器供應(yīng)給功率放大器的輸出電壓的紋波很小。因此，它可動(dòng)態(tài)掌握功率放大器的工作狀況以實(shí)現(xiàn)最佳效率和線性。對(duì)RF6360ASM開關(guān)而言，它供應(yīng)了一個(gè)單刀八擲(SP8T)pHEMT開關(guān)，該開關(guān)支持五個(gè)WCDMA頻段(1、2、4、5和8)以及兩個(gè)高頻段和兩個(gè)低頻段的2G/2.5G路徑。三線SDI接口允許用戶選擇ASM的激活路徑。

去年底，Skyworks推出其首款用于4G的多模、多頻段頻分復(fù)用/時(shí)分復(fù)用(FDD/TDD)功率放大器模塊——SKY77441。該公司的高級(jí)工程總監(jiān)GeneTkachenko介紹，SKY77441是為LTETDD頻段7和LTEFDD頻段38和40開發(fā)的，是一款完全匹配的表面貼裝模塊。

SKY77441是采納InGaP-BiFET工藝實(shí)現(xiàn)的，它以帶正交相移鍵控(QPSK)或16態(tài)正交調(diào)幅(QAM)信號(hào)的全資源塊安排供應(yīng)26dBm以上的線性輸出功率。在WCDMA調(diào)制時(shí)，它供應(yīng)28dBm以上的線性輸出功率。除了帶功率檢測(cè)的功率放大器級(jí)以外，該P(yáng)A模塊還集成了輸入和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。該公司還正在開發(fā)SKY77441的各種不同版本，以支持新應(yīng)用所需的更多頻段。

為勝利地在單一放大器內(nèi)整合頻段及模式，安華高科技留意到，需要物理上更大的架構(gòu)。這種架構(gòu)通常需要額外的、像DC-DC轉(zhuǎn)換器那種不乏昂貴的電路。由于功率放大器之后的開關(guān)損耗、不那么優(yōu)化的負(fù)載線、DC-DC的功耗以及其它問題，這種架構(gòu)在效率上也受到顯著影響。鑒于當(dāng)今的多頻段需求，制造商基本上能以高出10到20%的電流消耗省去一個(gè)甚或兩個(gè)單頻功率放大器。由于單一功率放大器一般不超過物料成本的1%，安華高科技的設(shè)計(jì)師拿不準(zhǔn)這是否值得。

將來，安華高科技猜測(cè)，三個(gè)或更多的功率放大器將會(huì)從設(shè)計(jì)中被淘汰。這應(yīng)當(dāng)是在多模、多頻應(yīng)用中實(shí)行單一寬帶功率放大器模塊方案的交叉點(diǎn)。安華高科技方案開發(fā)多模、多頻功率放大器架構(gòu)并正朝這一方向努力。該公司的設(shè)計(jì)師在討論多種架構(gòu)，其中一些看起來盼望較大。但在架構(gòu)上，該公司還試圖確定它具有的優(yōu)勢(shì)能顯著壓倒從成本和性能方面動(dòng)身的考慮。

雖然大多數(shù)開發(fā)商在其有源器件的開發(fā)中實(shí)行砷化鎵和相關(guān)的化合物半導(dǎo)體技術(shù)，射頻CMOS供應(yīng)商也把目光投向這個(gè)利潤豐厚的市場(chǎng)。利用一種新奇的功率放大器架構(gòu)，初創(chuàng)公司BlackSand已研制出一款3GCMOS功率放