針對無線基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)的新型放大器

基站在十年前也許會(huì)被認(rèn)為是種虛假技術(shù)。但隨著“綠化”工程的深入人心以及降低能耗以節(jié)約成本這一愿望的推動(dòng)，基站設(shè)計(jì)人員正在尋求集成度更高、更省電以及更小巧的元件。同時(shí)，在未來數(shù)年內(nèi)，預(yù)計(jì)移動(dòng)通信數(shù)據(jù)流量每年都將成倍增長。因此，必須在降低功耗同時(shí)增大容量。放大器是一種可降低功耗但又不會(huì)對網(wǎng)絡(luò)容量造成影響的關(guān)鍵器件。無論是低噪放大器(LNA)、功率放大器(PA)或驅(qū)動(dòng)放大器，它們的設(shè)計(jì)都以縮小體積、降低功耗且同時(shí)實(shí)現(xiàn)更高可靠性和效率以及更大容量為目標(biāo)。

　　對更大網(wǎng)絡(luò)容量的需求與日俱增。Amplitech公司的總裁Fawad Maqbool表示，“無線應(yīng)用和需求不斷增長。為滿足下一代(4G、5G)無線產(chǎn)品如手持PDA和地面通信鏈路的要求，需要越來越大的帶寬。這種需求也在穩(wěn)步提高工作頻率和數(shù)據(jù)速率，這就要求接收系統(tǒng)能提供更低噪聲、更低失真、更高的動(dòng)態(tài)范圍和更廣闊的覆蓋范圍?！?/P>

　　有許多放大器正在不斷滿足這些需求。例如，RFMD公司剛剛推出了高線性度、數(shù)字控制(6b)的可變增益放大器(DVGA)。RFDA DVGA系列在整個(gè)增益范圍提供低于5dB的噪聲指標(biāo)。每個(gè)VGA在 0.5dB步進(jìn)分辨率下具有31.5dB的增益范圍。該系列提供多款型號，可支持如下最高指標(biāo)：增益38dB、輸出三階截取點(diǎn)(IP3)43dBm、工作頻率4GHz。例如，RDA1005L覆蓋10～4000MHz頻段，0.5dB步進(jìn)時(shí)提供18.5dB的增益。它的1dB壓縮點(diǎn)(P1dB)輸出功率為21.0dBm，輸出IP3為35.0dBm。同系列產(chǎn)品RFDA2026覆蓋1800～2400MHz頻段，0.5dB步進(jìn)時(shí)增益為32.0dB。它的1dB壓縮點(diǎn)輸出功率為24.0dBm，輸出IP3為43.0dBm。這些器件適用于接收器和發(fā)射器設(shè)計(jì)，同時(shí)提供并行和串行接口版本。

　　無線基礎(chǔ)設(shè)施也是RFMD RF5633(2.2-3.8GHz)WiMAX功率放大器IC的目標(biāo)應(yīng)用。這款I(lǐng)C采用銦鎵磷化物(InGaP)異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)技術(shù)，集成了一個(gè)三 級PA和功率檢測器。它提供2.5%的誤差向量幅度(EVM)，在3.4～3.6GHz和3.6～3.8GHz頻段的輸出功率分別為+28dBm和+27dBm。可對PA的偏置進(jìn)行控制以適應(yīng)22dB的增益步進(jìn)，從而提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍。RF5633提供34dB增益。

　　M/A-COM Technology Solutions公司新推出的一款0.5W HBT放大器主要針對蜂窩和WiMAX基站應(yīng)用。MAAM-009286覆蓋250～4000MHz頻段，在5V/155mA偏置下，其輸出IP3為42dBm。在2140MHz下提供15.5dB的中頻增益。此外，該公司70-3000MHz系列微型增益級放大器適合用于蜂窩基站。

　　這些砷化鎵(GaAs)單片微波集成電路(MMIC)放大器采用單級、自偏置設(shè)計(jì)(圖1)。它們具有50Ω的輸入/輸出阻抗以盡量減少所需外部元件數(shù)。M/A-COM公司的MAAL-009120具有1.4dB@900MHz的典型噪聲，在500～3000MHz頻段，IP3為35dBm。同系列產(chǎn)品MAAL-010200具有1.3dB@900MHz的典型噪聲，在500～3000MHz頻段，IP3為36dBm。這兩款產(chǎn)品在900MHz下的典型增益都是14dB。M/A–COM公司的產(chǎn)品經(jīng)理Jack Redus表示，“更快的數(shù)據(jù)速率和更復(fù)雜的調(diào)制方案促使無線基礎(chǔ)設(shè)施要求驅(qū)動(dòng)放大器具有更高線性度。這些趨勢又伴隨著對降低整體功耗和制造復(fù)雜性的不變追求。雖然在單個(gè)芯片上集成放大器、開關(guān)、衰減器和其它功能可以簡化制造流程，但它往往以犧牲各個(gè)功能塊的性能為代價(jià)。在單一封裝內(nèi)將不同技術(shù)進(jìn)行多功能集成可以優(yōu)化性能和制造，從而最終取代單一功能器件。我們目前提供的某些單一功能放大器未來將被整合進(jìn)采用表面貼裝的多功能、多芯片方案?！?/P>

　　圖1：為盡可能減少外部元件數(shù)量，這些GaAs MMIC放大器采用單級、自偏置設(shè)計(jì)。

　　WiMax和4G LTE應(yīng)用(2.3-2.8GHz)也屬于Hittite Microwave公司推出的GaAs InGaP HBT MMIC功率放大器的目標(biāo)應(yīng)用。這款型號為HMC755LP4E的PA在輸出IP3為43dBm時(shí)具有31dB的增益。在33dBm飽和輸出功率下可實(shí)現(xiàn)28%的功率附加效率(PAE)。三個(gè)電源控制引腳可用于降低RF輸出功率或關(guān)斷PA以節(jié)省直流功耗。采用正交頻分復(fù)用(OFDM)信號，HMC755LP4E可達(dá)到25dBm的輸出功率(64QAM、54Mb/s)，同時(shí)EVM為2.5%。

　　雖然飛思卡爾半導(dǎo)體(Freescale)以其LDMOS技術(shù)著稱，但該公司最近推出了針對基站、家庭基站和蜂窩中繼器中發(fā)射器和接收器的功能要求而優(yōu)化的MMIC產(chǎn)品。這組器件同時(shí)滿足低噪放大器和發(fā)射功率放大器的要求。例如，MML09211H是一款增強(qiáng)型的pHEMT MMIC低噪聲放大器，非常適合865～960MHz頻段的WCDMA基站以及目前正在實(shí)施的728～768MHz頻段高數(shù)據(jù)速率網(wǎng)絡(luò)等各種應(yīng)用。在400～1400MHz頻段，該器件具有0.6dB的低噪聲指標(biāo)。在900MHz時(shí)小信號增益為20dB，P1dB輸出功率為21dBm。這款放大器具有35dBm的隔離性能和32dBm的輸出IP3。其同系列產(chǎn)品MMA20312B是一款兩級InGaP HBT功率放大器，針對無線基站以及中繼器和家庭基站而設(shè)計(jì)。該放大器覆蓋1800～2200MHz頻段。2140MHz下的小信號增益是26dB，P1dB輸出功率為31dBm，。