功率放大器模塊及其在5G設(shè)計中的作用

多射頻設(shè)計人員都對 Franklin Douglass 的名言深有同感：“沒有斗爭就沒有進(jìn)步?！痹跒?5G 進(jìn)行設(shè)計時，尤其如此?？萍加型淖儫o線通信，但也會帶來設(shè)計難題。利用功率放大器模塊 (PAM) 來化解。以下是你需要知道的一切。

這篇博文首次發(fā)布在 Mouser Electronics 網(wǎng)站https://www.mouser.com/blog/power-amplifier-modules-role-5g-design 上。

5G 是無線通信市場領(lǐng)域有史以來十分重要的強(qiáng)大技術(shù)之一。與 4G 相比，5G 在數(shù)據(jù)速率、延遲和容量方面都有顯著提升，有望成為行業(yè)乃至全球真正的變革性技術(shù)。

然而，這些根本性的性能改進(jìn)也對底層射頻 (RF) 硬件產(chǎn)生了更大的壓力，并提出了更嚴(yán)格的要求。功率放大器 (PA) 是射頻硬件中非常重要的部件之一，隨著 5G 的普及，它的重要性不斷提升。為了幫助緩解為 5G 設(shè)計射頻放大器的挑戰(zhàn)，近年來，功率放大器模塊 (PAM) 已成為一個重要的工具。

在這篇博文中，我們將討論功率放大器及其在 5G 中的作用，以及 Qorvo 如何利用功率放大器模塊來幫助支持未來的 5G 基礎(chǔ)設(shè)施。

什么是功率放大器？

在處理射頻信號時，特別是在 5G 的高頻段，電壓電平可能非常低。這是一個挑戰(zhàn)，因為電磁 (EM) 信號在較低的振幅下更容易受到系統(tǒng)級噪聲的影響（即，信噪比降低）。除此之外，較低電壓信號通常缺乏驅(qū)動下游電路或天線所需的強(qiáng)度。

為了解決這些挑戰(zhàn)，開發(fā)人員使用了功率放大器。射頻功率放大器是一個電路模塊，用于增加射頻信號的振幅、功率輸出或驅(qū)動能力。一般來說，射頻功率放大器位于系統(tǒng)天線附近，為發(fā)射天線提供高功率信號。

使用功率放大器的目的是增強(qiáng)信號，同時保持從輸入到輸出的高保真度。因此，線性度、效率和輸出功率是功率放大器的幾個重要規(guī)格參數(shù)。

功率放大器設(shè)計挑戰(zhàn)

過去，功率放大器及其周圍的電路是采用板載分立式元件設(shè)計。雖然這種方法在行業(yè)內(nèi)使用了很多年，但由于出現(xiàn)了一些非常大的設(shè)計挑戰(zhàn)，這種方法的有效性受到質(zhì)疑。

其中一個挑戰(zhàn)是如何在面積、成本、性能和功耗之間做一個權(quán)衡。一般來說，這些規(guī)格參數(shù)往往是相互沖突的，設(shè)計人員必須知道如何優(yōu)化其電路，以便針對特定應(yīng)用盡可能兼顧這些權(quán)衡因素。在使用分立式元件時，由于零件選擇、元件互用性和布局等都會影響性能，要在這些因素之間取得平衡變得越來越困難。

當(dāng)發(fā)展到5G 時，這種情況就更加復(fù)雜了，此時系統(tǒng)還需要覆蓋更寬的帶寬和更高的頻率范圍。當(dāng)今的系統(tǒng)需要高達(dá) 400 Mhz 的平均瞬時帶寬，同時工作頻率高達(dá) 4 GHz?，F(xiàn)在的挑戰(zhàn)要求在實現(xiàn)上述系統(tǒng)權(quán)衡的同時，還要提供該頻帶范圍的性能。

采用功率放大器模塊 (PAM) 的解決方案

為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，Qorvo 開始使用 PAM。

PAM 是一種電子元件，它將功率放大器中的分立元件及其周圍的電路整合到單個封裝解決方案中。例如，在 5G 基站應(yīng)用中，PAM 可以將驅(qū)動放大器和末級放大器集成到單個封裝中，而不是將它們用作分立電路模塊。通過將整個功率放大器系統(tǒng)集成到單個模塊中，我們可以獲得許多重要的結(jié)果（圖1）。

圖1：Qorvo QPA4501 PAM 采用 Doherty 末級來實現(xiàn)高功率和高效率。

首先，PAM 使射頻系統(tǒng)（比如基站）的設(shè)計明顯比分立方案更容易實施。設(shè)計人員無需選擇元件和設(shè)計分立電路，而是可以選擇適合其需求的模塊，并將其作為一個整體在系統(tǒng)中實現(xiàn)。

除此之外，與非模塊解決方案相比，PAM 還可以實現(xiàn)更好的性能和空間布局。通過元件集成，可以盡量減少寄生等布局問題，從而提高性能和效率。Qorvo PAM 還為設(shè)計人員解決了阻抗匹配等問題，確保盡可能實現(xiàn)更高性能。

最后，這種集成設(shè)計可實現(xiàn)更小的系統(tǒng)，有助于用戶減少最終系統(tǒng)的重量和占用面積。

Qorvo 的 PAM 專業(yè)知識

Qorvo 提供種類齊全、具有創(chuàng)意的 GaN-on-SiC 產(chǎn)品組合，幫助用戶顯著提升效率和工作帶寬。該公司的GaN-on-SiC 產(chǎn)品具有高功率密度、小尺寸、增益出色、高可靠性和工藝成熟的特點。Qorvo 認(rèn)識到 PAM 在未來 5G 系統(tǒng)設(shè)計中的重要性，正在努力為市場帶來各種先進(jìn)的解決方案。Qorvo 的 PAM 旨在實現(xiàn)功率、效率、尺寸和成本的平衡，同時使用戶的設(shè)計盡可能地簡單。

來源：Qorvo半導(dǎo)體，作者：Shawn Gibb