射频功放如何为智能手机提供最佳效率

下一代智能手机将具备更先进的功能，包括：屏幕更大、多媒体功能更丰富、支持多个频段和多种模式、电池续航时间更长以及机身更加轻薄。这些应用趋势对射频前端带来了若干挑战。

随着许多大城市相继推出LTE和TD-LTE以及智能手机轻薄化要求不断提升，集成度和性能的重要性前所未有。因此，功放（PA）必须在这两方面进一步提高，以帮助移动设备制造商实现目标。

ANADIGICS公司中国北方地区销售主管何肃平指出，智能手机对多频段、多模式支持提出了需求，例如：四频段EDGE及双频段WCDMA和LTE。这个需求增加了射频部分的复杂度和尺寸。由于制造商希望生产出具有更多功能、更轻薄的产品，PCB空间和元器件尺寸就变得极为重要。对于功放来说，需要为多频段和多模式提供更高的功能。

另外，先进的多媒体功能和高速的数据网络要求功放能够在大功率模式下更频繁地运行。GSM协会TS09程序发布的功率分布图为3G设备在典型网络中的输出功率提供了指导。然而，大功率使用的增加为在大功率模式下提高效率带来了压力。这使得针对所有输出功率优化的功放需要为用户提供出色的电池续航时间。

每种应用都对功放技术和设计具有特定要求。对于手机来说，功放的性能是通过线性度、增益和天线的输出功率来衡量的。

手机从2G、3G演变到现在的4G，进一步强调了功放线性度在建立和维持稳定网络连接方面的重要性。线性度是指功放精确重生成射频输入频率和幅度变化的能力。这是一个重要指标，因为它有助于确定设备维持稳定无线连接的能力，将直接影响语音通信和数据通信的质量。

增益是输出与输入的功率比，同样也会影响器件的性能。功放必须接收收发器的输出（通常小于+3dBm）并将信号不失真地放大。为了保证下一代智能手机具有出色的数据连接，就必须选择具有足够增益的功放。

收发器信号在到达天线之前必须通过功放、开关和滤波器。因此，功放增益应该提供足够的射频功率，以克服其他所选器件的损耗。

从工艺角度来看，功放市场将会继续发展。市场长期以来由InGaP HBT器件所主导。ANADIGICS公司的先进产品采用了InGaP-Plus技术。这项独特的专利技术一直以来提供了重要的性能、集成度和可靠性优势，让设计者可以使用工具库来开发独特并具前瞻性的产品。

该技术使器件具有更出色的性能和集成度，这正是当今市场的两大趋势。例如，目前从单频段功放到多模、多频段功放的转变节省了宝贵的PCB空间。

功放制造商一直以来都在寻找实现更高集成度和更高性能的方法，正如3G设备引领的趋势一样。ANADIGICS在这两方面一直都处于行业领先，其双频段、低功率下高效率（HELP）的功放就是最好的证明。该公司开发的LTE系列产品覆盖了世界各地部署的主要频段。其LTE产品系列包含了40多种功放（包括单频段、双频段和多频段产品），从而保证能够为特定应用选择最合适的功放。

ANADIGICS的双频段HELP3E功放通过将两个独立功放集成在一个紧凑封装中，可以为手机制造商节省PCB空间。另外，该解决方案还实现了高效率和出色的线性度。

通过使用InGaP-Plus专利工艺技术和先进的电路设计技术提供具有三种模式状态的解决方案，ANADIGICS的HELP4功放实现了更高的性能。这使得制造商无须使用DC-DC转换器，就能在小功率、中等功率和大功率模式下实现高效率。这类功放具有出色的效率和极低的静态电流，能够为多功能智能手机提高电池续航时间。

在推出高集成度和性能的HELP3E和HELP4后，该公司又推出了新一代功放来引领行业标准。ANADIGICS的多模、多频段功放针对LTE、WCDMA和CDMA信号调制进行了优化以提供出色的性能。该功放在为手机提供出色的谐波、噪声和互调性能的同时，针对所有调制信号在效率、电流消耗和线性规格上进行了增强。ANADIGICS采用紧凑的5mm×7.5mm封装提供四波段GSM/EDGE和双波段WCDMA/LTE功能，有效地节省了空间。

市场上部分高集成度功放解决方案的效率极低，影响了电池的整体续航时间。何肃平强调，ANADIGICS的产品和这些产品的主要区别在于其高集成度与出色效率相结合的能力。ANADIGICS的新ProEficient功放经过优化，能够在所有的输出功率等级上提供极高效率（图1）。这样，产品结合了低功率模式下更长的通话时间和大功率模式下更长的数据应用。该功放还针对平均功率跟踪（APT）使用进行了优化，以进一步提高效率和降低中等及低功率模式下的电流消耗。除了出色的效率之外，ProEficient功放还具有出色的线性度，保证了连接的稳定性以实现清楚的通话和高速的数据应用。

图1：ProEficient功放在所有的输出功率上都提供高效率。

放大器助基站尺寸再创新低

根据对TD-LTE的增长预期以及基站将以多频段、多模式运作，大部分新开发的器件具有禁止功能，在操作传输或接收状态时，可以让系统轻松地关闭各自的功能。这样一来，在系统中也可以降低功耗。

TriQuint基站小信号产品营销经理Tuan Nguyen介绍，该公司新发布的两款低噪声放大器（LNA）TQP3M9036和TQP3M9037提供了低于0.5dB的噪声系数，并具有高线性性能和高增益（图2）。为了提供多模基站（尤其是TDD-LTE）的灵活性，这些新的低噪放也提供了关闭模式功能。

图2：低噪放为基站提供噪声系数、线性度和可靠性的最佳组合。

另外，针对无线基础设施市场和点对点应用的元器件，终端制造商需要集成度更高的解决方案，并保证高线性性能和持续实现低功耗。借助功率放大器实现更高的效率，进而降低运营成本支出，一直是制造商的需求。GaN和高压HBT被视为是满足高效率需求的可能解决方案。集成度更高的射频解决方案和高效的功率放大器使基站尺寸不断降低——10年前像电冰箱一样大的基站现在缩小为背包大小的远端射频头，并且还将演进成手提袋大小的有源天线或是小型蜂窝解决方案。

中国在基于无线应用的时域双工（TDD）的部署上已经处于领先地位，例如：个人手机系统（PHS）及TD-SCDMA。这有助于推进比其他类型无线基础设施系统更快的下一代TD-LTE的部署。TriQuint为基站设备同时提供了众多无源和有源器件，包括：射频和中频滤波器、混频器、线性放大器、增益模块、低噪放和功放等。各种级别的集成器件均支持基站演进。

其中，一级器件具有高增益并集成了匹配电路。采用这些产品可以消除上行线路中一级或多级增益，无需采用外部匹配电路，从而减小基板尺寸、降低成本。二级器件采用单一封装集成多种功能，可以减小整体尺寸，例如，LO缓冲放大器取代了多级放大器或混频器。三级器件将两级放大器与级间匹配电路组合在一起，消除了放大器之间所需的外部匹配电路，同时降低了系统成本和尺寸。四级产品采用全封装集成。这些模块集成了两个放大器、数字步进衰减器、所有匹配器件、偏压扼流圈、正极旁路电容和隔直流电容，为降低成本和实现更加紧凑的设计提供了50Ω解决方案。

他表示，下一代功放很可能会采用如GaN或HV-HBT的更新技术。现今，GaN仍然面临成本挑战，但与任何新技术一样，随着产量的增加及收益提高，成本问题也将改善。预计小蜂窝部署在未来几年中将会有爆发性的增长，这样将会对集成度更高，更有效的功放产生更多的需求。TriQuint是唯一一家同时提供GaN和HV-HBT技术的供应商，同时，TriQuint也深入参与了采用这些前沿技术的产品的研发。