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消費(fèi)者對(duì)數(shù)據(jù)和多媒體的需求促使全世界的電信運(yùn)營(yíng)商把2G升級(jí)至3G 或以上的網(wǎng)絡(luò)。這種趨勢(shì)給了移動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)傳遞了很強(qiáng)烈的信號(hào)。
3G手機(jī)除了提供有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格,還必須傳輸更高的功率，更優(yōu)的線性度及更好的效率。最重要的是，3G手機(jī)必須有更長(zhǎng)的通話時(shí)間，因?yàn)?3G 用戶需要耗費(fèi)更多時(shí)間使用他們的手機(jī)。
盡管在過(guò)去幾年中，電池技術(shù)不斷改進(jìn)，但是仍然落后于功能擴(kuò)展的需求。設(shè)計(jì)師必須減少手機(jī)功耗來(lái)滿足高功率輸出和更長(zhǎng)通話時(shí)間的需求,這必須靠手機(jī)的半導(dǎo)體設(shè)備上來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于功率放大器 (PA) 是當(dāng)前龐大需求的其中一個(gè)組件，著重于通過(guò)從功率控制來(lái)減少電流消耗是有意義的。
與此相對(duì)應(yīng)，眾多的功率控制功能可以集成到功放模塊上。集成功率控制功能不僅僅強(qiáng)調(diào)當(dāng)前功耗的問題，并提供了更有效的手機(jī)設(shè)計(jì)方法。芯片集成允許手機(jī)設(shè)計(jì)師不使用單獨(dú)的DC/DC轉(zhuǎn)換器和旁路電容,來(lái)優(yōu)化功率管理和獲取更長(zhǎng)的通話時(shí)間，同時(shí)減少PCB板的復(fù)雜性。
1 優(yōu)化低功率輸出的需求
控制功放功耗的一種方式是在較寬的輸出功率范圍內(nèi)提高效率。這可以通過(guò)評(píng)估 CDG(CDMA Development Group)或者 GSMA(GSM Association)在 3G 網(wǎng)絡(luò)中的手機(jī)功率分布曲線圖,優(yōu)化功放效率來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖1為 3G 手機(jī)制造商使用的 GSMA的功率分布曲線。
圖1 3G網(wǎng)絡(luò)的GSMA 功率分布曲線
顯而易見，手機(jī)大部分時(shí)間工作在低功率水平,大約在- 4dBm的功率級(jí)別。假設(shè)在 PA 和天線之間的電路損失大約為 3dB，那么 PA的輸出功率大約為- 1dBm。
在低功率級(jí)別(低于 0dBm)， 功放主要消耗的是靜態(tài)電流。- 1dBm輸出功率時(shí),功放的靜態(tài)電流通常約為50mA。通過(guò)在低功率級(jí)別,減少靜態(tài)電流提高功放效率，設(shè)計(jì)師可以大量的減少功率損耗。
然而直到最近，這都還不是可行的。用于手機(jī)的典型雙狀態(tài)的單鏈路PA的只能在最大額定功率下進(jìn)行優(yōu)化。這使得手機(jī)在低功率水平下工作時(shí)的效率很低。
當(dāng)然，通過(guò)增加外部的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器和偏置電壓控制可以優(yōu)化單鏈路功放在低功率輸出時(shí)的效率，以達(dá)到增長(zhǎng)通話時(shí)間。但是就像上面所提到的，一個(gè) DC/DC轉(zhuǎn)換器也同時(shí)增加手機(jī)的尺寸及成本。此外，這將使設(shè)計(jì)變復(fù)雜，因?yàn)槭謾C(jī)必須在不同的模擬控制狀態(tài)下進(jìn)行校準(zhǔn)。
2 兩路功放的多級(jí)優(yōu)化
ANADIGICS 的 InGaP-Plus技術(shù)， 通過(guò)允許設(shè)計(jì)師使用多條增益鏈路來(lái)設(shè)計(jì)功放，解決了功放的優(yōu)化問題。這使得功放在不同功率水平可以進(jìn)行獨(dú)立的優(yōu)化。
通常意義上所說(shuō)的BiFET 過(guò)程， InGaP-Plus集成了 pHEMT(pseudomorphic High Electron Mobility FET)和 HBT(Heterojunction Bipolar Transistor)在同一的晶片上(圖2)。
圖2 BiFET 工藝
同時(shí)高性能的射頻開關(guān)(pHEMT)共存在相同的晶體上，BiFET工藝可以用于設(shè)計(jì)多種增益鏈路的功放，并可以為每一增益鏈路進(jìn)行獨(dú)立的線性度和效率優(yōu)化。InGaP-Plus 使得設(shè)計(jì)師能夠獲取功放的最優(yōu)性能。
這項(xiàng)技術(shù)最初稱為HELP(High Efficiency at Low Power)，設(shè)計(jì)成一個(gè)雙狀態(tài)(高功率與低功率)功放。不像單鏈路放大器，它有兩個(gè)增益狀態(tài)， InGaP-Plus功放可在內(nèi)部對(duì)高功率和低功率進(jìn)行優(yōu)化。單一鏈路功放是不能做到的。
通過(guò)內(nèi)部?jī)?yōu)化的HELP功放可延長(zhǎng)手機(jī)通話時(shí)間超過(guò)25%。當(dāng)然，像單一鏈路功放一樣，可搭配一個(gè)外部 DC/DC轉(zhuǎn)換器節(jié)省更多電流。但是額外電流的節(jié)省是不值得的，相比增加的費(fèi)用和電路板面積。
在最近的進(jìn)展，ANADIGICS使用了InGaP- Plus的BiFET制成設(shè)計(jì) HELP3功放，特別推出三增益狀態(tài)，允許我們分別優(yōu)化三種不同的功率等級(jí)。例如，我們可優(yōu)化高功率增益(通常大約28dbm)，16dBm的中度功率增益，以及在7dBm的低功率增益(圖3)。
圖3 典型的使用BiFET制成的 HELP功放的靜態(tài)電流和效率曲線
此制成在低功率等級(jí)達(dá)到業(yè)界低于 7mA 的靜態(tài)電流，那是一個(gè)非凡的進(jìn)展相比單一鏈路功放中典型的 50mA的靜態(tài)電流。
表1列出通過(guò)使用特殊制成的最新 ANADIGICS WCDMA 功放模塊的靜態(tài)電流和效率對(duì)比數(shù)據(jù)。
3 物理，功能，電性能改進(jìn)
除了在沒有使用外部 DC/DC 轉(zhuǎn)換器可以減少電流消耗， BiFET 技術(shù)使制造商集成其它功能成為可能，例如在功放芯片內(nèi)集成LDO，手機(jī)制造商能夠更多的減少電路板空間及進(jìn)一步降低成本。
此技術(shù)還有另一優(yōu)勢(shì)：它使得制造商可將功放模塊設(shè)計(jì)于更小面積上。如表1顯示， ANADIGICS 現(xiàn)在提供業(yè)界第一個(gè)3x3mm 單頻和 3x5mm 雙頻WCDMA HELP3功率放大器
HELP3技術(shù)與朝向低電壓邏輯的移動(dòng)手機(jī)制造商并駕齊驅(qū)。新型號(hào)的HELP功放以 1.8V 邏輯電壓設(shè)計(jì)。這些功放將提供更長(zhǎng)的通話時(shí)間，并進(jìn)一步減少靜態(tài)電流少于4mA。
此外， ANADIGICS 使用BiFET制成開發(fā)了我們稱為 ZeroIC 的功放，也稱為旁路功放，此類放大器可以在低于某個(gè)功率水平下完全被關(guān)閉，因此電流消耗為0，通過(guò)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)提供一條旁路路徑到功放模塊的輸出端。
4 結(jié)論
ANADIGICS創(chuàng)新的InGap-Plus制成是HELP功放技術(shù)的基礎(chǔ)。這個(gè)制成允許在同一晶體上分別優(yōu)化高性能的射頻開關(guān)和功率放大器。ANADIGICS已經(jīng)使用這項(xiàng)技術(shù)提供業(yè)界第一個(gè)3x3 mm 單頻和3x5 mm 雙頻 WCDMA HELP3功率放大器。 | 
發(fā)表于 2010-10-9 20:56:36
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