针对无线基础设施设计的新型放大器

基站在十年前也许会被认为是种虚假技术。但随着“绿化”工程的深入人心以及降低能耗以节约成本这一愿望的推动，基站设计人员正在寻求集成度更高、更省电以及更小巧的元件。同时，在未来数年内，预计移动通信数据流量每年都将成倍增长。因此，必须在降低功耗同时增大容量。放大器是一种可降低功耗但又不会对网络容量造成影响的关键器件。无论是低噪放大器(LNA)、功率放大器(PA)或驱动放大器，它们的设计都以缩小体积、降低功耗且同时实现更高可靠性和效率以及更大容量为目标。

　　对更大网络容量的需求与日俱增。Amplitech公司的总裁Fawad Maqbool表示，“无线应用和需求不断增长。为满足下一代(4G、5G)无线产品如手持PDA和地面通信链路的要求，需要越来越大的带宽。这种需求也在稳步提高工作频率和数据速率，这就要求接收系统能提供更低噪声、更低失真、更高的动态范围和更广阔的覆盖范围。”

　　有许多放大器正在不断满足这些需求。例如，RFMD公司刚刚推出了高线性度、数字控制(6b)的可变增益放大器(DVGA)。RFDA DVGA系列在整个增益范围提供低于5dB的噪声指标。每个VGA在 0.5dB步进分辨率下具有31.5dB的增益范围。该系列提供多款型号，可支持如下最高指标：增益38dB、输出三阶截取点(IP3)43dBm、工作频率4GHz。例如，RDA1005L覆盖10～4000MHz频段，0.5dB步进时提供18.5dB的增益。它的1dB压缩点(P1dB)输出功率为21.0dBm，输出IP3为35.0dBm。同系列产品RFDA2026覆盖1800～2400MHz频段，0.5dB步进时增益为32.0dB。它的1dB压缩点输出功率为24.0dBm，输出IP3为43.0dBm。这些器件适用于接收器和发射器设计，同时提供并行和串行接口版本。

　　无线基础设施也是RFMD RF5633(2.2-3.8GHz)WiMAX功率放大器IC的目标应用。这款IC采用铟镓磷化物(InGaP)异质结双极晶体管(HBT)技术，集成了一个三 级PA和功率检测器。它提供2.5%的误差向量幅度(EVM)，在3.4～3.6GHz和3.6～3.8GHz频段的输出功率分别为+28dBm和+27dBm。可对PA的偏置进行控制以适应22dB的增益步进，从而提高系统动态范围。RF5633提供34dB增益。

　　M/A-COM Technology Solutions公司新推出的一款0.5W HBT放大器主要针对蜂窝和WiMAX基站应用。MAAM-009286覆盖250～4000MHz频段，在5V/155mA偏置下，其输出IP3为42dBm。在2140MHz下提供15.5dB的中频增益。此外，该公司70-3000MHz系列微型增益级放大器适合用于蜂窝基站。

　　这些砷化镓(GaAs)单片微波集成电路(MMIC)放大器采用单级、自偏置设计(图1)。它们具有50Ω的输入/输出阻抗以尽量减少所需外部元件数。M/A-COM公司的MAAL-009120具有1.4dB@900MHz的典型噪声，在500～3000MHz频段，IP3为35dBm。同系列产品MAAL-010200具有1.3dB@900MHz的典型噪声，在500～3000MHz频段，IP3为36dBm。这两款产品在900MHz下的典型增益都是14dB。M/A–COM公司的产品经理Jack Redus表示，“更快的数据速率和更复杂的调制方案促使无线基础设施要求驱动放大器具有更高线性度。这些趋势又伴随着对降低整体功耗和制造复杂性的不变追求。虽然在单个芯片上集成放大器、开关、衰减器和其它功能可以简化制造流程，但它往往以牺牲各个功能块的性能为代价。在单一封装内将不同技术进行多功能集成可以优化性能和制造，从而最终取代单一功能器件。我们目前提供的某些单一功能放大器未来将被整合进采用表面贴装的多功能、多芯片方案。”

　　图1：为尽可能减少外部元件数量，这些GaAs MMIC放大器采用单级、自偏置设计。

　　WiMax和4G LTE应用(2.3-2.8GHz)也属于Hittite Microwave公司推出的GaAs InGaP HBT MMIC功率放大器的目标应用。这款型号为HMC755LP4E的PA在输出IP3为43dBm时具有31dB的增益。在33dBm饱和输出功率下可实现28%的功率附加效率(PAE)。三个电源控制引脚可用于降低RF输出功率或关断PA以节省直流功耗。采用正交频分复用(OFDM)信号，HMC755LP4E可达到25dBm的输出功率(64QAM、54Mb/s)，同时EVM为2.5%。

　　虽然飞思卡尔半导体(Freescale)以其LDMOS技术著称，但该公司最近推出了针对基站、家庭基站和蜂窝中继器中发射器和接收器的功能要求而优化的MMIC产品。这组器件同时满足低噪放大器和发射功率放大器的要求。例如，MML09211H是一款增强型的pHEMT MMIC低噪声放大器，非常适合865～960MHz频段的WCDMA基站以及目前正在实施的728～768MHz频段高数据速率网络等各种应用。在400～1400MHz频段，该器件具有0.6dB的低噪声指标。在900MHz时小信号增益为20dB，P1dB输出功率为21dBm。这款放大器具有35dBm的隔离性能和32dBm的输出IP3。其同系列产品MMA20312B是一款两级InGaP HBT功率放大器，针对无线基站以及中继器和家庭基站而设计。该放大器覆盖1800～2200MHz频段。2140MHz下的小信号增益是26dB，P1dB输出功率为31dBm，。