5G帶給功放的一些新轉變

5G 無(wú)線(xiàn)革命正在給 RF設計領(lǐng)域帶來(lái)巨大的變化，手機和無(wú)線(xiàn)電基站的功率放大器也不例外。首先，5G 無(wú)線(xiàn)應用中的功率放大器芯片與 4G 網(wǎng)絡(luò )中使用的功率放大器芯片大不相同。

這主要是因為 5G 傳輸的寬帶調制需要功率放大器提供更高效率和更嚴格線(xiàn)性度；此外，5G 網(wǎng)絡(luò )將采用相控陣列天線(xiàn)聚焦和操縱多個(gè)波束，這就對能夠在多個(gè)波束之間劃分傳輸任務(wù)的能力有了極高的要求。

例如，對于一個(gè) 4×4 陣列的相控陣天線(xiàn)，其功率放大器的功率必須比放大當前蜂窩系統中使用的單波束全向信號所需的放大器功率低得多。

值得一提的是，5G 網(wǎng)絡(luò )最初是在 Sub-6GHz 的頻率范圍內實(shí)現的。然而，5G 的真正商業(yè)前景會(huì )在包括 24 GHz，28 GHz 和 39 GHz 頻段等毫米波（mmWave）波段上體現。換而言之，mmWave 也將給 RF 設計帶來(lái)嚴峻的挑戰。

因此，在密集部署環(huán)境中為各種設備提供服務(wù)的多輸入多輸出（MIMO）天線(xiàn)將需要具有高效率和嚴格線(xiàn)性度的功率放大器芯片。具有眾多 RF 前端的相控陣 MIMO 天線(xiàn)還需要更高集成度的功率放大器，進(jìn)一步降低芯片的方案的成本。

關(guān)于這種現狀，我們可以從包括 PA 模塊，PA 雙工器，開(kāi)關(guān)功率放大器和雙工器（S-PAD），PA 模塊集成雙工器（PAMiD）和總無(wú)線(xiàn)電模塊（TRM）的 PA 設備上一覽無(wú)遺。  

新的集成里程碑

       PA 模塊已經(jīng)成為集成的基石，因為它的存在進(jìn)一步減少了 5G RF 前端的部件數量。5G 網(wǎng)絡(luò )具有更多頻段，并且要求 PA 模塊中提供更多的 RF 開(kāi)關(guān)，濾波和功率放大元件。因此，隨著(zhù) 5G 網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展，PA 模塊的復雜性將不斷增加。

在 4G 無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域，將能覆蓋多個(gè)頻段和技術(shù)的元器件集成中一個(gè) PA 模組中的壓力已經(jīng)迫使許多小型供應商破產(chǎn)。到了 5G 時(shí)代，將更多元件封裝到 PA 模塊中的壓力可能會(huì )進(jìn)一步增加。

5G 無(wú)線(xiàn)革命正在給 RF 設計領(lǐng)域帶來(lái)巨大的變化，手機和無(wú)線(xiàn)電基站的功率放大器也不例外。首先，5G 無(wú)線(xiàn)應用中的功率放大器芯片與 4G 網(wǎng)絡(luò )中使用的功率放大器芯片大不相同。

這主要是因為 5G 傳輸的寬帶調制需要功率放大器提供更高效率和更嚴格線(xiàn)性度；此外，5G 網(wǎng)絡(luò )將采用相控陣列天線(xiàn)聚焦和操縱多個(gè)波束，這就對能夠在多個(gè)波束之間劃分傳輸任務(wù)的能力有了極高的要求。

例如，對于一個(gè) 4×4 陣列的相控陣天線(xiàn)，其功率放大器的功率必須比放大當前蜂窩系統中使用的單波束全向信號所需的放大器功率低得多。

值得一提的是，5G 網(wǎng)絡(luò )最初是在 Sub-6GHz 的頻率范圍內實(shí)現的。然而，5G 的真正商業(yè)前景會(huì )在包括 24 GHz，28 GHz 和 39 GHz 頻段等毫米波（mmWave）波段上體現。換而言之，mmWave 也將給 RF 設計帶來(lái)嚴峻的挑戰。

因此，在密集部署環(huán)境中為各種設備提供服務(wù)的多輸入多輸出（MIMO）天線(xiàn)將需要具有高效率和嚴格線(xiàn)性度的功率放大器芯片。具有眾多 RF 前端的相控陣 MIMO 天線(xiàn)還需要更高集成度的功率放大器，進(jìn)一步降低芯片的方案的成本。

關(guān)于這種現狀，我們可以從包括 PA 模塊，PA 雙工器，開(kāi)關(guān)功率放大器和雙工器（S-PAD），PA 模塊集成雙工器（PAMiD）和總無(wú)線(xiàn)電模塊（TRM）的 PA 設備上一覽無(wú)遺。 

PA 的基礎技術(shù) 

與 4G 的另一個(gè)有價(jià)值的比較涉及功率放大器的基礎技術(shù)。

在 4G 時(shí)代，砷化鎵（GaAs）一直是功率放大器芯片制造的領(lǐng)先技術(shù)。這是因為 GaAs 可以輕松支持功率放大器所需的高電壓。在無(wú)線(xiàn)行業(yè)跨進(jìn)了 Sub-6 GHz 通信之后，GaAs 器件同樣也還能占主導地位，但新型半導體解決方案正在爭奪 mmWave PA 制造中的一席之地。

例如，加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校（UCSD）開(kāi)發(fā)的一種新型射頻絕緣硅（SOI）技術(shù)正在掀起波浪。他們將硅基晶體管串聯(lián)起來(lái)，以在功率放大器中實(shí)現更高的電壓。堆疊晶體管（串聯(lián)排列的四個(gè)晶體管）能為 5G 功率放大器提供必要的輸出功率。晶體管的堆疊不僅增強了整體電壓處理，還消除了與體效應和襯底電容相關(guān)的寄生問(wèn)題。

5G 功率放大器的其他候選者包括氮化鎵（GaN）和硅鍺（SiGe）。GaN 技術(shù)依賴(lài)于在容量和熱效率等方面的優(yōu)勢來(lái)提高 PA 性能，效率和功率。根據 YoleDéveloppement 的說(shuō)法，GaN 器件的 RF 市場(chǎng)預計將從 2017年的 3.8 億美元增長(cháng)到 2023年的 13 億美元。

5G 設計世界處于不穩定狀態(tài)，正如本文所示，功率放大器芯片完全是這種轉變的一部分。同樣顯而易見(jiàn)的是，5G 容量革命之旅將影響功率放大器設計的所有主要方面：物理尺寸，效率，線(xiàn)性度和可靠性。