如何降低射頻功率放大器的功耗方案比較

　　當(dāng)前，大部分手機(jī)PA都是采用GaAs和InGaP HBT技術(shù)，只有一小部分采用的是RF CMOS工藝制造。與GaAs器件相比，RF CMOS技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更高的集成度，而且成本也更低。

　　然而，并非所有消費電子產(chǎn)品的理想選擇。例如無線網(wǎng)絡(luò)和手機(jī)市場就被GaAs PA所統(tǒng)治，因為它可以支持高頻率和高功率應(yīng)用，而且效率很高。另一方面，RF CMOS PA則在藍(lán)牙和ZigBee應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，因為它一般運行功率更低，而且性能要求沒有那么苛刻。

　　目前，對于高性能PA應(yīng)用，GaAs仍然是主要技術(shù)，只有它才能滿足大部分高端手機(jī)和無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對性能的苛刻要求。 在集成度方面，如果要集成進(jìn)收發(fā)器、基帶和PA，那么，就需要采用一種新的硅工藝。然而，業(yè)界在這方面的趨勢是繼續(xù)讓PA和收發(fā)器彼此分開，采用不同的封裝，并以GaAs來實現(xiàn)這樣的集成。

SiGe有望超越GaAs工藝占據(jù)主流

　　SiGe BiCMOS 工藝技術(shù)幾乎與硅半導(dǎo)體超大規(guī)模集成電路(VLSI)行業(yè)中的所有新工藝技術(shù)兼容，包括絕緣體硅(SOI)技術(shù)和溝道隔離技術(shù)。隨著擊穿電壓和高性能無源部件集成技術(shù)的發(fā)展，SiGe 正逐漸滲透至傳統(tǒng)的GaAs領(lǐng)地—即手機(jī)功率放大器應(yīng)用的領(lǐng)域。

　　一般來說，手機(jī)功率放大器必須能在高壓下應(yīng)對10:1的電壓駐波比(VSWR)，并能發(fā)送+28dBm(用于CDMA手機(jī))到+35dBm(用于GSM手機(jī))的信號。為了制造出滿足嚴(yán)格的手機(jī)技術(shù)要求的 SiGe 功率放大器，SiGe 半導(dǎo)體公司采用fT為 30GHz 的主流 SiGe 工藝，著眼于搶占過去由GaAs功率放大器在擊穿電壓、線性性能、效率以及集成性能上所占有的優(yōu)勢。

　　采用SiGe技術(shù)的優(yōu)勢之一是提高集成度。設(shè)計人員可在功率放大器周圍集成更多的控制電路，這樣，最終的器件就更加節(jié)省空間，從而為集成更多無線功能的提供令了潛力。例如，采用 SiGe技術(shù)，設(shè)計人員就可以將功率放大器和 RF 電路集成在一起，卻不會影響功率放大器的效率，從而延長手機(jī)電池的壽命。目前，采用SiGe技術(shù)推出射頻功率放大器的公司包括：SiGe半導(dǎo)體公司、Maxim、飛思卡爾、Atmel等公司。利用SiGe BiCMOS制造工藝進(jìn)行代工的供應(yīng)商主要是IBM以及臺積電(TSMC)。

　　如圖1所示為可見，SiGe技術(shù)在射頻器件上的應(yīng)用已經(jīng)跟RF CMOS技術(shù)相當(dāng)，有理由相信，下一步目標(biāo)就是超越GaAs技術(shù)而占據(jù)主流。

　　本文總結(jié)

　　隨著多種無線通信標(biāo)準(zhǔn)在手持設(shè)備上的應(yīng)用，只有進(jìn)一步降低射頻功率放大器的功耗，才能延長便攜式設(shè)備的電池使用時間，從而獲得更加的用戶體驗。本文通過對射頻功率放大器所采用的三種主要工藝技術(shù)進(jìn)行的簡要比較，指出未來的發(fā)展趨勢在于采用SiGe工藝技術(shù)來制造射頻功率放大器，這是無線電電子系統(tǒng)設(shè)計工程師需要關(guān)注的技術(shù)趨勢。