《電子技術(shù)應(yīng)用》
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4G成新動(dòng)力 PA鎖定寬頻和高線(xiàn)性度

2010-08-19
作者:來(lái)源:中國(guó)電子報(bào)
關(guān)鍵詞: NGN|4G 4G PA 功率放大器

據(jù)了解,全球?qū)⒂谐^(guò)74家運(yùn)營(yíng)商表示將計(jì)劃部署LTE網(wǎng)絡(luò),目前已經(jīng)有LTE網(wǎng)絡(luò)正式商用,。而中國(guó)電信和日本的NTTDoCoMo以及美國(guó)的VerizonWireless也計(jì)劃將在2010年年末部署LTE的商用服務(wù),,今年下半年中移動(dòng)將啟動(dòng)在三個(gè)城市各建100座TD-LTE基站的試驗(yàn)規(guī)劃。今年不僅是3G網(wǎng)絡(luò)全面發(fā)展的一年,,同時(shí)也是運(yùn)營(yíng)商向4G發(fā)展的新時(shí)期,4G時(shí)代或?qū)?lái)臨。本報(bào)將推出4G手機(jī)芯片系列報(bào)道,,就4G終端芯片產(chǎn)業(yè)鏈、關(guān)鍵元器件技術(shù)趨勢(shì)和市場(chǎng)需求等方面進(jìn)行闡述,。 

未來(lái)手機(jī)PA的發(fā)展方向是寬頻多頻多模,,目標(biāo)是可將多個(gè)頻段以及制式,通過(guò)一顆PA實(shí)現(xiàn),。目前寬頻PA的技術(shù)正在成熟,這樣手機(jī)的射頻前端結(jié)構(gòu)會(huì)被簡(jiǎn)化,,PA數(shù)量也會(huì)減少。 
   
手機(jī)出貨量的快速增長(zhǎng)推動(dòng)PA(功率放大器)市場(chǎng)規(guī)模不斷走高,,正在加速推進(jìn)的4G也為PA提供了新的商機(jī)和命題,,畢竟PA是關(guān)系到手機(jī)性能、占位面積和電池壽命的決定性因素,。主流供應(yīng)商RFMD,、Skyworks,、TriQuint、Anadigics等都命系PA市場(chǎng)的發(fā)展,,為爭(zhēng)食并不遙遠(yuǎn)的4G手機(jī)商機(jī),,要做到有備而來(lái),獲得最高的效率和線(xiàn)性度的PA或是關(guān)鍵,。

    提出更高效率和線(xiàn)性度要求
   
3G時(shí)代PA廠(chǎng)商已經(jīng)有所斬獲,,對(duì)于即將到來(lái)的4G時(shí)代亦相當(dāng)樂(lè)觀(guān)。據(jù)StrategyAnalytics調(diào)查顯示,,到2013年全球LTE手機(jī)市場(chǎng)就有望達(dá)到1.5億部,。目前,在LTE和WiMax路線(xiàn)取舍不定的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)路線(xiàn)其實(shí)高下已分,,LTE擁有最多的支持者,,WiMax次之。Anadigics公司CEOMarioRivas表示,,LTE在數(shù)據(jù)傳輸方面比WiMax更有優(yōu)勢(shì),,未來(lái)兩者將會(huì)共存,LTE會(huì)成未來(lái)市場(chǎng)主流,。“2011年LTE市場(chǎng)將會(huì)起步,,運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備供應(yīng)商等都在加強(qiáng)力量部署4G,,明年將會(huì)有更多相關(guān)的LTE產(chǎn)品面世,。”MarioRivas指出,“我們也將推出支持LTE和WiMax等功能更為強(qiáng)大的PA產(chǎn)品,,為面向4G的發(fā)展奠定基礎(chǔ),。并且我們的策略是與4G芯片提供商一起合作進(jìn)行參考設(shè)計(jì),為客戶(hù)提供更高效的解決方案,。”
 
而致力于開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品,,主要包括針對(duì)QCOM、IFX,、MTK以及STE等主芯片組的全套解決方案的TriQuint公司也躊躇滿(mǎn)志,,TriQuint中國(guó)區(qū)總經(jīng)理熊挺在接受記者采訪(fǎng)時(shí)表示,3G到4G的PA設(shè)計(jì)主要圍繞下列方向發(fā)展:一是高效率,,提高通話(huà)時(shí)間,,并且要在各個(gè)功率等級(jí)均提高效率。二是高線(xiàn)性度,,滿(mǎn)足系統(tǒng)指標(biāo)要求,,從QPSK/8PSK到QAM到OFDM,線(xiàn)性度要求漸次提高,而如何在此要求下降低功耗以提高效率是最大的挑戰(zhàn),。三是小尺寸,,多頻系統(tǒng)導(dǎo)致器件繁復(fù),進(jìn)一步縮小尺寸十分重要,。PA的集成方式有多種,,包括半導(dǎo)體制程工藝級(jí)的集成、封裝級(jí)別的集成,、多頻多模PA設(shè)計(jì),、PA與開(kāi)關(guān)或?yàn)V波器的集成等等。此外,,在PA性能提升,、尺寸縮小和高度集成的同時(shí),通過(guò)創(chuàng)新而驅(qū)動(dòng)成本不斷下降,,是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的必然結(jié)果,。MarioRivas表示:“4G的傳輸速率比3G更高,大數(shù)據(jù)量的快速傳輸需要高線(xiàn)性度的保證,,對(duì)PA的線(xiàn)性度要求更高,。”而Anadigics憑借專(zhuān)有的InGaP-Plus技術(shù),實(shí)現(xiàn)了PA的高線(xiàn)性度,、高效率、低功率這三大優(yōu)勢(shì),,成為其在市場(chǎng)上獲得認(rèn)可的“通行證”,。

    寬頻多頻成趨勢(shì)
   
市場(chǎng)上的PA產(chǎn)品包括單頻段、雙頻段和多頻段等系列,,基于歷史原因與國(guó)家政策,,頻譜的制定也體現(xiàn)出不同“特色”。2G時(shí)代流行的GSM4頻手機(jī),,中國(guó)使用900MHz與1.8GHz兩個(gè)頻段,,美洲則是850MHz與1.9GHz。使用的PA是四頻PA,,里面有兩路放大器,,一路供850MHz/900MHz使用,另一路為1800MHz/1900MHz使用,。為了追求效率,,PA都是相對(duì)窄頻的,否則就會(huì)設(shè)計(jì)出一路功率放大器供四個(gè)頻段使用,。
 
而因?yàn)?G和4G手機(jī)的多頻段多模式,,一方面需要更多的PA,為PA市場(chǎng)帶來(lái)增量。熊挺介紹,,WCDMA頻段多見(jiàn)的是5個(gè):BandI2.1GHz,、BandⅡ1.9GHz,、BandⅣ1.7GHz,、BandV850MHz和BandⅧ900MHz,常見(jiàn)的組合有Ⅰ/Ⅷ,、Ⅱ/Ⅴ,、Ⅰ/Ⅱ/Ⅴ,、Ⅰ/Ⅱ/Ⅴ/Ⅷ等等,同時(shí)需要向下兼容GSM/EDGE的四個(gè)頻段,。所以在高端的智能手機(jī)中,,射頻前端變得極為復(fù)雜,在WCDMAⅠ/Ⅱ/Ⅴ/Ⅷ+GSM/EDGE的情形下需要4顆單頻WCDMA的PA,,以及一顆GSM/EDGE的四頻PA,。因而目前3G和4G手機(jī)PA在頻間共享單一放大器鏈路仍有難度,所以PA的需求將短期走高,,對(duì)PA市場(chǎng)將有很大的推動(dòng)作用,。另一方面,手機(jī)始終要以“成本”說(shuō)話(huà)的產(chǎn)品,,因而市場(chǎng)需要寬頻多頻多模PA,。寬頻PA的目標(biāo)是可將上述多個(gè)頻段以及制式,通過(guò)一顆PA實(shí)現(xiàn),。熊挺表示,,寬頻PA的方向是內(nèi)部仍需要兩路放大器鏈路,服務(wù)于高頻段(2GHz附近)以及低頻段(1GHz附近),。此外,,偏置電路控制電路與傳統(tǒng)放大器等功能可以通過(guò)工藝級(jí)的集成即HBT和pHEMT的晶圓級(jí)集成而實(shí)現(xiàn)。這可導(dǎo)致面積的縮小,,亦帶來(lái)成本的降低,。
 
寬頻PA的出現(xiàn)將引發(fā)PA市場(chǎng)“劇變”。“目前寬頻PA的技術(shù)正在成熟,,未來(lái)手機(jī)PA一定是多模多頻的,,這樣手機(jī)的射頻前端結(jié)構(gòu)會(huì)被簡(jiǎn)化,PA數(shù)量也會(huì)減少,。”熊挺指出,。

    砷化鎵工藝仍是主流
   
當(dāng)前大部分手機(jī)PA都是采用砷化鎵(GaAs)雙極晶體管制造的,只有一小部分采用的是CMOS工藝,。相比于GaAs,,CMOS工藝的優(yōu)勢(shì)是低成本、低功耗和高集成度。在基帶,、電源管理和射頻等關(guān)鍵芯片相繼被CMOS工藝集成后,,將PA與它們集成在一起形成真正意義上的“單芯片手機(jī)”,是PACMOS化的革命性意義所在,。但問(wèn)題是一方面目前CMOSPA仍然難以在成本和性能間取得平衡,,CMOSPA既達(dá)不到砷化鎵PA的性能,成本優(yōu)勢(shì)也并非絕對(duì),。“CMOS在低頻,、短距離無(wú)線(xiàn)技術(shù)領(lǐng)域會(huì)有優(yōu)勢(shì),但在3G和4G技術(shù)領(lǐng)域,,其效率和工藝要求不一定達(dá)到其要求,,雖然可提高集成度,但放大效率也會(huì)降低,。”MarioRivas介紹道:“在2G手機(jī)等低端應(yīng)用中,,因?yàn)槌杀緝?yōu)勢(shì),未來(lái)CMOSPA的市場(chǎng)份額可能持續(xù)擴(kuò)大,,但在3G和4G等高端應(yīng)用中,,砷化鎵PA依然具有顯著的性能優(yōu)勢(shì),它比CMOSPA具有更高的效率和絕緣性以及更低的諧波和接收頻噪音,,砷化鎵PA將仍是主流,。”另一方面,由于對(duì)PA和基帶芯片的性能要求不同,,采用的工藝節(jié)點(diǎn)不同,,目前來(lái)看將它們集成在一起的可能性不大。
  
目前業(yè)界還認(rèn)為硅鍺(SiGe)是CMOS發(fā)展階段中的重大進(jìn)展,,也是替換GaAs的可靠方案,,但迄今為止它并沒(méi)有集低成本,、高產(chǎn)量和性能等眾多優(yōu)勢(shì)于一身,。熊挺表示,由于對(duì)線(xiàn)性度,、效率以及高頻響應(yīng)的進(jìn)一步要求,,SiGe與GaAs工藝的落后距離不是越追越近,而是進(jìn)一步拉大,。
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