功率放大器(PA)在Femtocell設(shè)計中的應(yīng)用

　　隨著智能手機(jī)數(shù)量的增加以及每部手機(jī)數(shù)據(jù)流量指數(shù)級的增長，移動網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商正面臨著部署和升級網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的艱難抉擇。傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施模型包括部署宏蜂窩，以覆蓋某一地理區(qū)域。而微蜂窩則被經(jīng)常用于填補(bǔ)宏蜂窩無法覆蓋的空白區(qū)域。呼叫通常從宏蜂窩和微蜂窩經(jīng)地面T1線路或微波回程路由至目的地。如果用戶的需求持續(xù)超過某一特定區(qū)域宏蜂窩的連接能力，運(yùn)營商就需要增加蜂窩的數(shù)量。然而，隨著功能豐富的智能手機(jī)(如三星公司的Epic 4G和蘋果公司的iPhone)的激增對這一傳統(tǒng)擴(kuò)容方式造成了壓力，其吸引力亦不如以往。無論是從經(jīng)濟(jì)還是服務(wù)質(zhì)量的角度考慮，小型蜂窩似乎都是最佳解決方案。

　　Femtocell市場升溫

　　小型蜂窩設(shè)備，如Femtocell為升級現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和部署4G提供了有吸引力的選擇。它們通過在住宅、商店或公司增加成百上千連接至手機(jī)用戶的小型本地蜂窩基站來擴(kuò)展宏蜂窩模型。

　　據(jù)行業(yè)組織Femto 論壇估計，到2014年，F(xiàn)emtocell市場將擴(kuò)展至約4,900萬個接入點，屆時將有1.14億全球用戶通過Femtocell訪問移動網(wǎng)絡(luò)。隨著需求量的增加，用于在整個覆蓋區(qū)域傳播無線信號Femtocell RF功率放大器模塊的性能將成為所有Femtocell設(shè)計的核心。

　　功率放大器設(shè)計要求

　　一個成功的Femtocell設(shè)計必須在特性、功能和成本方面取得平衡，從而為這一新興市場提供最佳組合。有鑒于此，F(xiàn)emtocell的功率放大器(PA)最重要的需求包括：出色的射頻和直流性能、支持多模、多標(biāo)準(zhǔn)以及可靠性。設(shè)計功率放大器模塊時，應(yīng)考慮到線性、覆蓋范圍所需的充足射頻功率、處理擁有較高峰均功率比(PAR)大容量信號的能力。而為Femtocell設(shè)計挑選符合上述所有要求的功率放大器時，最重要的考慮因素則是功率放大器的半導(dǎo)體制造工藝本身。

　　絕大多數(shù)手機(jī)和中低功率基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用中均采用砷化鎵(GaAs)工藝的功率放大器。鑒于其卓越的性能特點，在3G和4G網(wǎng)絡(luò)部署中很可能會繼續(xù)采用這一工藝。最近的一項研發(fā)成果是一種基于砷化鎵的雙極晶體管，名叫銦鎵磷化物異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(InGaP HBT)。

　　ANADIGICS的InGaP-Plus工藝在同一顆砷化鎵芯片上集成了雙極和場效應(yīng)晶體管(FET)設(shè)備，這意味著可將通常屬于芯片外部的功能集成到小尺寸的表面貼裝元件上。ANADIGICS功率放大器通常包含開關(guān)、步進(jìn)衰減器、功率檢測器和電壓調(diào)節(jié)器。系列化的產(chǎn)品為提供可執(zhí)行不同標(biāo)準(zhǔn)并可在不同頻帶環(huán)境下工作的Femtocell產(chǎn)品的設(shè)計團(tuán)隊帶來了顯著的優(yōu)勢。

　　ANADIGICS公司目前正在設(shè)計一系列應(yīng)用于Femtocell、Picocell和家庭客戶端設(shè)備(CPE)中的平衡、單端功率放大器模塊。每種模塊均為針對一個或多個無線運(yùn)營商常用頻帶提供最佳性能而專門設(shè)計。雖然具體特性隨模塊所基于的應(yīng)用而各不相同，但其設(shè)計方法卻極為相似。ANADIGICS的功率放大器模塊能夠提供很高的功率、出色的線性和為可靠性提供良好的熱特性。這些產(chǎn)品吸收了ANADIGICS在開發(fā)手機(jī)以及寬帶基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)品的功率放大器解決方案時積累的經(jīng)驗，它們是滿足Femtocell各種需求的基礎(chǔ)。

　　為了制造出具備極高線性性能及全套功能的模塊，ANADIGICS在砷化鎵器件固有效率和寬帶能力的基礎(chǔ)上，使用了當(dāng)今最先進(jìn)的射頻電路仿真和熱性能分析工具進(jìn)行工藝研發(fā)。借助InGaP-Plus專利技術(shù)所具備的功率特性，ANADIGICS設(shè)計團(tuán)隊制造出擁有各常用無線頻帶和常見功能的單端、平衡功率放大器模塊。

　　AWB系列功放

　　今年初，ANADIGICS推出了平均功率為+24.5dBm的AWB7123和AWB7127單端器件。之后，ANADIGICS將推出這些器件的平衡版本。AWB7223(1.9GHz)和AWB7227(2.1GHz)為4.5伏功率放大器模塊，旨在提供高達(dá)+27dBm的線性輸出功率，并具備類似WCDMA或LTE的較高的PAR信號。這些功率針對家庭或小型辦公空環(huán)境中的需求綽綽有余。

　　下文以AWB7227為例介紹AWB系列功放的特點。圖1顯示了AWB7227由WCDMA高峰均功率比信號驅(qū)動時的頻譜性能。即使采用測試模式1(10.5dB峰均功率比的64通道信號)進(jìn)行測試，其相鄰信道功率(ACP)性能表現(xiàn)仍高于標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　圖1、AWB7227由WCDMA高峰均功率比信號驅(qū)動時的頻譜性能。

　　多模靈活性

　　AWB系列可支持在多載波下工作。圖2顯示了AWB7227在兩個WCDMA測試模式1信號(64DPCH載波)下的性能表現(xiàn)。

　　圖2、AWB7227在兩個WCDMA測試模式下的性能表現(xiàn)。

　　多標(biāo)準(zhǔn)支持

　　AWB系列架構(gòu)的設(shè)計富有前瞻性，這使得Femtocell在標(biāo)準(zhǔn)支持方面更具靈活性，支持移植和增長策略。圖3顯示了AWB7227在使用10MHz完全填充64 QAM(50RB)測試模型的FDD LTE信號下的性能表現(xiàn)。

　　圖3、AWB7227在使用10MHz完全填充64 QAM(50RB)測試模型的FDD LTE信號下的性能表現(xiàn)。

　　高可靠性和高效率

　　最大限度地延長功率放大器的平均無故障運(yùn)行時間(MTTF)是設(shè)計各種基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用(特別是Femtocell)的關(guān)鍵所在。影響MTTF的主要因素取決于結(jié)溫和半導(dǎo)體器件本身。多年來，InGaP 射頻功率放大器已成為Femtocell功率范圍應(yīng)用的首選器件，這要?dú)w功于其良好的性能特點：InGaP技術(shù)不僅具有卓越的可靠性，而且具有極高的功率效率。

　　圖4是AWB7227的熱掃描圖像，在額定電壓、以CW信號將設(shè)備驅(qū)動至額定功率，且外殼溫度為85 oC的情況下，測得芯片結(jié)溫為115 oC，進(jìn)一步證明了該功率放大器在將直流電源高效轉(zhuǎn)換為射頻功率方面的出色性能。較高的功率效率和極低的結(jié)溫可保證卓越的平均無故障運(yùn)行時間，并提高整個Femtocell的整體可靠性。此外，這種高效率還可降低整體功耗，使此類Femtocell就像“備用電池”一樣，響應(yīng)“綠色”倡議。

　　圖4、AWB7227的熱掃描圖像

　　本文小結(jié)

　　通過對材料的精心挑選和合理可靠的設(shè)計原則的應(yīng)用，ANADIGICS生產(chǎn)出了高性能的功率放大器模塊，為設(shè)計和開發(fā)卓越的Femtocell解決方案創(chuàng)造了條件。隨著面向服務(wù)提供商和消費(fèi)者的小型蜂窩市場的不斷拓展，ANADIGICS將繼續(xù)提供類似AWB系列的器件，以期為3G和4G無線網(wǎng)絡(luò)帶來無處不在的覆蓋和高品質(zhì)的服務(wù)。欲了解更多信息請登錄電子發(fā)燒友網(wǎng)(http://wenjunhu.com)