如何降低射頻功率放大器的功耗方案比較
當(dāng)前,大部分手機(jī)PA都是采用GaAs和InGaP HBT技術(shù),只有一小部分采用的是RF CMOS工藝制造。與GaAs器件相比,RF CMOS技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更高的集成度,而且成本也更低。
然而,并非所有消費(fèi)電子產(chǎn)品的理想選擇。例如無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和手機(jī)市場(chǎng)就被GaAs PA所統(tǒng)治,因?yàn)樗梢灾С指哳l率和高功率應(yīng)用,而且效率很高。另一方面,RF CMOS PA則在藍(lán)牙和ZigBee應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位,因?yàn)樗话氵\(yùn)行功率更低,而且性能要求沒(méi)有那么苛刻。
目前,對(duì)于高性能PA應(yīng)用,GaAs仍然是主要技術(shù),只有它才能滿足大部分高端手機(jī)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)性能的苛刻要求。 在集成度方面,如果要集成進(jìn)收發(fā)器、基帶和PA,那么,就需要采用一種新的硅工藝。然而,業(yè)界在這方面的趨勢(shì)是繼續(xù)讓PA和收發(fā)器彼此分開(kāi),采用不同的封裝,并以GaAs來(lái)實(shí)現(xiàn)這樣的集成。
SiGe有望超越GaAs工藝占據(jù)主流
SiGe BiCMOS 工藝技術(shù)幾乎與硅半導(dǎo)體超大規(guī)模集成電路(VLSI)行業(yè)中的所有新工藝技術(shù)兼容,包括絕緣體硅(SOI)技術(shù)和溝道隔離技術(shù)。隨著擊穿電壓和高性能無(wú)源部件集成技術(shù)的發(fā)展,SiGe 正逐漸滲透至傳統(tǒng)的GaAs領(lǐng)地—即手機(jī)功率放大器應(yīng)用的領(lǐng)域。
一般來(lái)說(shuō),手機(jī)功率放大器必須能在高壓下應(yīng)對(duì)10:1的電壓駐波比(VSWR),并能發(fā)送+28dBm(用于CDMA手機(jī))到+35dBm(用于GSM手機(jī))的信號(hào)。為了制造出滿足嚴(yán)格的手機(jī)技術(shù)要求的 SiGe 功率放大器,SiGe 半導(dǎo)體公司采用fT為 30GHz 的主流 SiGe 工藝,著眼于搶占過(guò)去由GaAs功率放大器在擊穿電壓、線性性能、效率以及集成性能上所占有的優(yōu)勢(shì)。
采用SiGe技術(shù)的優(yōu)勢(shì)之一是提高集成度。設(shè)計(jì)人員可在功率放大器周圍集成更多的控制電路,這樣,最終的器件就更加節(jié)省空間,從而為集成更多無(wú)線功能的提供令了潛力。例如,采用 SiGe技術(shù),設(shè)計(jì)人員就可以將功率放大器和 RF 電路集成在一起,卻不會(huì)影響功率放大器的效率,從而延長(zhǎng)手機(jī)電池的壽命。目前,采用SiGe技術(shù)推出射頻功率放大器的公司包括:SiGe半導(dǎo)體公司、Maxim、飛思卡爾、Atmel等公司。利用SiGe BiCMOS制造工藝進(jìn)行代工的供應(yīng)商主要是IBM以及臺(tái)積電(TSMC)。
如圖1所示為可見(jiàn),SiGe技術(shù)在射頻器件上的應(yīng)用已經(jīng)跟RF CMOS技術(shù)相當(dāng),有理由相信,下一步目標(biāo)就是超越GaAs技術(shù)而占據(jù)主流。
本文總結(jié)
隨著多種無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)在手持設(shè)備上的應(yīng)用,只有進(jìn)一步降低射頻功率放大器的功耗,才能延長(zhǎng)便攜式設(shè)備的電池使用時(shí)間,從而獲得更加的用戶體驗(yàn)。本文通過(guò)對(duì)射頻功率放大器所采用的三種主要工藝技術(shù)進(jìn)行的簡(jiǎn)要比較,指出未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)在于采用SiGe工藝技術(shù)來(lái)制造射頻功率放大器,這是無(wú)線電電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師需要關(guān)注的技術(shù)趨勢(shì)。
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