如何才能提高射頻功率放大器的效率

　　在向著4G手機(jī)發(fā)展的過(guò)程中，便攜式系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師將面臨的最大挑戰(zhàn)是支持現(xiàn)有的多種移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，包括GSM、 GPRS、EDGE、UMTS、WCDMA和HSDPA，與此同時(shí)，要要支持100Mb/s～1Gb/s的數(shù)據(jù)率以及支持OFDMA調(diào)制、支持 MIMO天線(xiàn)技術(shù)，乃至支持VoWLAN的組網(wǎng)，因此，在射頻信號(hào)鏈設(shè)計(jì)的過(guò)程中，如何降低射頻功率放大器的功耗及提升效率成為了半導(dǎo)體行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)之一。目前行業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)三條技術(shù)路線(xiàn)，本文就這三條技術(shù)路線(xiàn)進(jìn)行簡(jiǎn)要的比較。利用超CMOS工藝 從提高集成度來(lái)間接提升PA效率 UltraCMOS采用了SOI技術(shù)，在絕緣的藍(lán)寶石基片上淀積了一層很薄的硅。類(lèi)似CMOS，UltraCMOS能夠提供低功耗，較好的可制造性、可重復(fù)性以及可升級(jí)性，是一種易用的工藝，支持IP塊的復(fù)用和更高的集成度。與CMOS不同的是，UltraCMOS能夠提供與在手機(jī)、射頻和微波應(yīng)用領(lǐng)域普遍使用的GaAs或SiGe技術(shù)相媲美甚至更好的性能。盡管UltraCMOS和pHEMT GaAs都能提供相同級(jí)別的小信號(hào)性能并具有相當(dāng)?shù)木W(wǎng)格通態(tài)電阻，但是，UltraCMOS能夠提供比GaAs或SiGe更優(yōu)異的線(xiàn)性度和防靜電放電（ESD）性能。對(duì)于更復(fù)雜的應(yīng)用，如最新的多模式、多頻帶手機(jī)，選擇合適的工藝技術(shù)更為關(guān)鍵。例如，在這些應(yīng)用中，天線(xiàn)必須能夠覆蓋800～2200MHz的頻段，開(kāi)關(guān)必須能管理多達(dá)8路的大功率射頻信號(hào)，同時(shí)還必須具有低插損、高隔離度、極好的線(xiàn)性度和低功耗。適當(dāng)?shù)墓に嚰夹g(shù)能夠改善技術(shù)選項(xiàng)的可用性，進(jìn)而改善天線(xiàn)和射頻開(kāi)關(guān)的性能，最終改善器件的總體性能。更重要的是，如果工程師在整個(gè)設(shè)計(jì)中采用同一工藝技術(shù)，能夠獲取更高的集成度。例如，Peregrine公司在UltraCMOS RFIC方面的最新進(jìn)展是推出SP6T和SP7T天線(xiàn)開(kāi)關(guān)。這些符合3GPP的開(kāi)關(guān)滿(mǎn)足 WCDMA和GSM的要求，使得設(shè)計(jì)工程師可以在兼容WCDMA/GSM的手機(jī)中使用一套射頻電路，并且實(shí)現(xiàn)業(yè)界領(lǐng)先的性能。 SP6T和SP7T天線(xiàn)開(kāi)關(guān)采用了Peregrine公司的HaR技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了二次諧波為-85dBc、三次諧波為-83dBc、2.14GHz上的三階交調(diào)失真（IMD3）為-111dBm這樣的優(yōu)異指標(biāo)。在手機(jī)設(shè)計(jì)中兩個(gè)最耗電的部分就是基帶處理器和射頻前端。功率放大器（PA）消耗了射頻前端中的絕大部分功率。實(shí)現(xiàn)低功耗的關(guān)鍵是使射頻前端中的其他電路消耗盡可能少的功耗且不影響PA的工作。在目前所用的選擇中，帶解碼器的GaAs 開(kāi)關(guān)吸納的電流為600μA，但在典型的射頻前端應(yīng)用中，UltraCMOS SP7T開(kāi)關(guān)只吸納10μA的電流，因此，可以大幅降低射頻前端的功耗，從而提高射頻功率放大器的效率。