放大器市场与应用发展趋势

Alistair Manley
　　SiGe 半导体市场推广副总裁

　　现今的市场要求功率放大器能够为各种各样的计算、娱乐及移动系统实现无线多媒应用。在功率放大器的若干发展趋势中，最显著的包括：减少系统材料清单、功耗和电路板空间；提供出色的信号处理技术、更好的功能性集成度、更高的线性度和更高的效率，以及更快的产品上市速度；保持低静态电流和后向兼容性；以更低的输出功率在更长的距离上提供更高的数据传输速率；支持更大的带宽，但却不影响电池寿命；提供真正的数字CMOS控制，简便的软件校正，从而简化电路板设计和基带控制器接口等。

　　SiGe半导体最近推出的SE2587L功率放大器，是基于SiGe半导体经验证的高性能架构，在+19dBm (802.11g 模式)和 +24dBm (802.11b模式) 发射功率级下，能够提供高线性度。这种高线性度可在更大的覆盖距离内提供更高数据率的传输能力，使系统能够支持新兴的无线多媒体应用，例如视频分配、视频流及高速数据。SE2587L采用3x3 QFN封装，是SiGe半导体最小的分立式功率放大器。该器件的引脚顺序与 SiGe 半导体广获采用的 SE2527L、SE2528L 及 SE2581L 兼容，电路板布局所需的改变能够减至最少，使得制造商能够轻易移植到用于下一代设计的新器件中。可以节省大约 20% 的外部材料清单成本。

　　功率放大器是无线系统的核心，其性能对于传输距离、电池寿命以及用户体验对有重大影响。选择PA 时，工程师应该考虑的因素包括：

　　线性度— 功率放大器的功能是放大RF信号，但不能引入失真，以免导致数据损失。被放大信号的完整性 (即线性度) 的测量基准是误差向量幅度 (Error Vector Magnitude, EVM)，即误差幅度与最终被放大信号幅度之比值。

　　效率—在 PA中，效率就是平均射频 (RF) 功率输出与平均直流电 (DC) 功率输入之比。对802.11n而言，由于MIMO结构中采用了多个无线电和天线，所以效率是尤其重要的。

　　尺寸—802.11n 的PA 尤其面对着严格的尺寸限制。一般来说，4个功放 (两个用于2.4GHz PA；两个用于5GHz) 占用的空间与以往非 MIMO、双频带结构中的两个 PA 占用的相等。最好的方法是把 PA 封装在一个高集成度的模块中。

　　供电电压 － 功率放大器在尽可能大的电压下工作是最理想的，因此移动和便携式应用设备一般让电池直接为PA供电，而不通过任何额外的调节。这意味着PA的供电电压范围有可能从 2.3V (快耗尽的电池) 到5.5V (充电中的电池)。工作在这种环境下的 PA 一般利用额外的电路和/或新颖的器件技术来确保稳健度和可预测性能 (笔记本电脑中的 PA 通常可连接已经调节的3.3V电源，使设计更简单直接。)

　　与其它无线技术的共存—在802.11n 加速发展的同时，802.16(WiMAX)标准也在不断前进。要确保PA能够处理与WiMAX系统之间的共存和移植问题，必需确定供应商能够同时支持这两种标准。一般而言，较之WLAN、WiMAX需要更高的输出功率和更好的功率控制功能。要注意的是，WiMAX的初级频带范围为2.5~2.7GHz，非常接近802.11n的2.4~2.5GHz频带，故同一个PA同时用于 802.11和802.16工作是相当可行的，这有助于降低成本和减小尺寸。

　　802.11n PA 的另一个问题是与蜂窝系统的共存。例如，如果手机同时带有一个Wi-Fi无线电和一个蜂窝无线电，则一个发射器产生的带外辐射可能落在另一个无线电的接收通带上，这就会导致性能下降 (灵敏度下降，造成掉话)。解决这一问题的蛮力方法 (brute force method) 是在PA后加一个滤波器来限制辐射。可惜这种方法会导致功率大幅增加，因为这些滤波器一般都有 2dB 的插损 (insertion loss)，所以有37% 的发射功率会浪费在滤波器中。在此情况下，必需寻找一种能够利用其它方法来解决这些共存问题的PA。

　　鉴于 Wi-Fi 广受欢迎，因此有预测指出，最早到2013年，具有 Wi-Fi 功能的产品的数量就可能达到蜂窝产品年销售量的水平了。Wi-Fi 的普及性已开始造成某些公共无线局域网的容量负担过大，这迫使业界重新考虑它的传统实现方案。当前无线集线器的设计是为了利用 802.11n 等技术来提高单频带双频带架构的容量，以及利用并行双频带，让网络能够同时以2GHz 和 5GHz 工作。所有这些技术都需要 PA 来产生更清洁的信号，以免干扰邻近网络。清洁包括谐波及其它杂讯在内的干扰信号，并尽可能减少泄漏到邻近信道的噪声，这对于提高网络的客户处理能力十分关键。此外，提高 PA 的输出功率，扩大热点覆盖范围，也是未来PA设计的一大趋势。但实现这种更高功率并非易事，因为当主要信号的功率增加时，PA需要避免的干扰信号的功率级也会随之增加。