放大器市場(chǎng)與應用發(fā)展趨勢

Alistair Manley
　　SiGe 半導體市場(chǎng)推廣副總裁

　　現今的市場(chǎng)要求功率放大器能夠為各種各樣的計算、娛樂(lè )及移動(dòng)系統實(shí)現無(wú)線(xiàn)多媒應用。在功率放大器的若干發(fā)展趨勢中，最顯著(zhù)的包括：減少系統材料清單、功耗和電路板空間；提供出色的信號處理技術(shù)、更好的功能性集成度、更高的線(xiàn)性度和更高的效率，以及更快的產(chǎn)品上市速度；保持低靜態(tài)電流和后向兼容性；以更低的輸出功率在更長(cháng)的距離上提供更高的數據傳輸速率；支持更大的帶寬，但卻不影響電池壽命；提供真正的數字CMOS控制，簡(jiǎn)便的軟件校正，從而簡(jiǎn)化電路板設計和基帶控制器接口等。

　　SiGe半導體最近推出的SE2587L功率放大器，是基于SiGe半導體經(jīng)驗證的高性能架構，在+19dBm (802.11g 模式)和 +24dBm (802.11b模式) 發(fā)射功率級下，能夠提供高線(xiàn)性度。這種高線(xiàn)性度可在更大的覆蓋距離內提供更高數據率的傳輸能力，使系統能夠支持新興的無(wú)線(xiàn)多媒體應用，例如視頻分配、視頻流及高速數據。SE2587L采用3x3 QFN封裝，是SiGe半導體最小的分立式功率放大器。該器件的引腳順序與 SiGe 半導體廣獲采用的 SE2527L、SE2528L 及 SE2581L 兼容，電路板布局所需的改變能夠減至最少，使得制造商能夠輕易移植到用于下一代設計的新器件中?？梢怨澥〈蠹s 20% 的外部材料清單成本。

　　功率放大器是無(wú)線(xiàn)系統的核心，其性能對于傳輸距離、電池壽命以及用戶(hù)體驗對有重大影響。選擇PA 時(shí)，工程師應該考慮的因素包括：

　　線(xiàn)性度— 功率放大器的功能是放大RF信號，但不能引入失真，以免導致數據損失。被放大信號的完整性 (即線(xiàn)性度) 的測量基準是誤差向量幅度 (Error Vector Magnitude, EVM)，即誤差幅度與最終被放大信號幅度之比值。

　　效率—在 PA中，效率就是平均射頻 (RF) 功率輸出與平均直流電 (DC) 功率輸入之比。對802.11n而言，由于MIMO結構中采用了多個(gè)無(wú)線(xiàn)電和天線(xiàn)，所以效率是尤其重要的。

　　尺寸—802.11n 的PA 尤其面對著(zhù)嚴格的尺寸限制。一般來(lái)說(shuō)，4個(gè)功放 (兩個(gè)用于2.4GHz PA；兩個(gè)用于5GHz) 占用的空間與以往非 MIMO、雙頻帶結構中的兩個(gè) PA 占用的相等。最好的方法是把 PA 封裝在一個(gè)高集成度的模塊中。

　　供電電壓 － 功率放大器在盡可能大的電壓下工作是最理想的，因此移動(dòng)和便攜式應用設備一般讓電池直接為PA供電，而不通過(guò)任何額外的調節。這意味著(zhù)PA的供電電壓范圍有可能從 2.3V (快耗盡的電池) 到5.5V (充電中的電池)。工作在這種環(huán)境下的 PA 一般利用額外的電路和/或新穎的器件技術(shù)來(lái)確保穩健度和可預測性能 (筆記本電腦中的 PA 通?？蛇B接已經(jīng)調節的3.3V電源，使設計更簡(jiǎn)單直接。)

　　與其它無(wú)線(xiàn)技術(shù)的共存—在802.11n 加速發(fā)展的同時(shí)，802.16(WiMAX)標準也在不斷前進(jìn)。要確保PA能夠處理與WiMAX系統之間的共存和移植問(wèn)題，必需確定供應商能夠同時(shí)支持這兩種標準。一般而言，較之WLAN、WiMAX需要更高的輸出功率和更好的功率控制功能。要注意的是，WiMAX的初級頻帶范圍為2.5~2.7GHz，非常接近802.11n的2.4~2.5GHz頻帶，故同一個(gè)PA同時(shí)用于 802.11和802.16工作是相當可行的，這有助于降低成本和減小尺寸。

　　802.11n PA 的另一個(gè)問(wèn)題是與蜂窩系統的共存。例如，如果手機同時(shí)帶有一個(gè)Wi-Fi無(wú)線(xiàn)電和一個(gè)蜂窩無(wú)線(xiàn)電，則一個(gè)發(fā)射器產(chǎn)生的帶外輻射可能落在另一個(gè)無(wú)線(xiàn)電的接收通帶上，這就會(huì )導致性能下降 (靈敏度下降，造成掉話(huà))。解決這一問(wèn)題的蠻力方法 (brute force method) 是在PA后加一個(gè)濾波器來(lái)限制輻射?？上н@種方法會(huì )導致功率大幅增加，因為這些濾波器一般都有 2dB 的插損 (insertion loss)，所以有37% 的發(fā)射功率會(huì )浪費在濾波器中。在此情況下，必需尋找一種能夠利用其它方法來(lái)解決這些共存問(wèn)題的PA。

　　鑒于 Wi-Fi 廣受歡迎，因此有預測指出，最早到2013年，具有 Wi-Fi 功能的產(chǎn)品的數量就可能達到蜂窩產(chǎn)品年銷(xiāo)售量的水平了。Wi-Fi 的普及性已開(kāi)始造成某些公共無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的容量負擔過(guò)大，這迫使業(yè)界重新考慮它的傳統實(shí)現方案。當前無(wú)線(xiàn)集線(xiàn)器的設計是為了利用 802.11n 等技術(shù)來(lái)提高單頻帶雙頻帶架構的容量，以及利用并行雙頻帶，讓網(wǎng)絡(luò )能夠同時(shí)以2GHz 和 5GHz 工作。所有這些技術(shù)都需要 PA 來(lái)產(chǎn)生更清潔的信號，以免干擾鄰近網(wǎng)絡(luò )。清潔包括諧波及其它雜訊在內的干擾信號，并盡可能減少泄漏到鄰近信道的噪聲，這對于提高網(wǎng)絡(luò )的客戶(hù)處理能力十分關(guān)鍵。此外，提高 PA 的輸出功率，擴大熱點(diǎn)覆蓋范圍，也是未來(lái)PA設計的一大趨勢。但實(shí)現這種更高功率并非易事，因為當主要信號的功率增加時(shí)，PA需要避免的干擾信號的功率級也會(huì )隨之增加。