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消費者對數據和多媒體的需求促使全世界的電信運營商把2G升級至3G 或以上的網絡。這種趨勢給了移動設備設計傳遞了很強烈的信號。
3G手機除了提供有競爭力的價格,還必須傳輸更高的功率，更優的線性度及更好的效率。最重要的是，3G手機必須有更長的通話時間，因為 3G 用戶需要耗費更多時間使用他們的手機。
盡管在過去幾年中，電池技術不斷改進，但是仍然落后于功能擴展的需求。設計師必須減少手機功耗來滿足高功率輸出和更長通話時間的需求,這必須靠手機的半導體設備上來實現。由于功率放大器 (PA) 是當前龐大需求的其中一個組件，著重于通過從功率控制來減少電流消耗是有意義的。
與此相對應，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調當前功耗的問題，并提供了更有效的手機設計方法。芯片集成允許手機設計師不使用單獨的DC/DC轉換器和旁路電容,來優化功率管理和獲取更長的通話時間，同時減少PCB板的復雜性。
1 優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提高效率。這可以通過評估 CDG(CDMA Development Group)或者 GSMA(GSM Association)在 3G 網絡中的手機功率分布曲線圖,優化功放效率來實現。圖1為 3G 手機制造商使用的 GSMA的功率分布曲線。
圖1 3G網絡的GSMA 功率分布曲線
顯而易見，手機大部分時間工作在低功率水平,大約在- 4dBm的功率級別。假設在 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。
在低功率級別(低于 0dBm)， 功放主要消耗的是靜態電流。- 1dBm輸出功率時,功放的靜態電流通常約為50mA。通過在低功率級別,減少靜態電流提高功放效率，設計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。用于手機的典型雙狀態的單鏈路PA的只能在最大額定功率下進行優化。這使得手機在低功率水平下工作時的效率很低。
當然，通過增加外部的 DC/DC 轉換器和偏置電壓控制可以優化單鏈路功放在低功率輸出時的效率，以達到增長通話時間。但是就像上面所提到的，一個 DC/DC轉換器也同時增加手機的尺寸及成本。此外，這將使設計變復雜，因為手機必須在不同的模擬控制狀態下進行校準。
2 兩路功放的多級優化
ANADIGICS 的 InGaP-Plus技術， 通過允許設計師使用多條增益鏈路來設計功放，解決了功放的優化問題。這使得功放在不同功率水平可以進行獨立的優化。
通常意義上所說的BiFET 過程， 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
同時高性能的射頻開關(pHEMT)共存在相同的晶體上，BiFET工藝可以用于設計多種增益鏈路的功放，并可以為每一增益鏈路進行獨立的線性度和效率優化。InGaP-Plus 使得設計師能夠獲取功放的最優性能。
這項技術最初稱為HELP(High Efficiency at Low Power)，設計成一個雙狀態(高功率與低功率)功放。不像單鏈路放大器，它有兩個增益狀態， InGaP-Plus功放可在內部對高功率和低功率進行優化。單一鏈路功放是不能做到的。
通過內部優化的HELP功放可延長手機通話時間超過25%。當然，像單一鏈路功放一樣，可搭配一個外部 DC/DC轉換器節省更多電流。但是額外電流的節省是不值得的，相比增加的費用和電路板面積。
在最近的進展，ANADIGICS使用了InGaP- Plus的BiFET制成設計 HELP3功放，特別推出三增益狀態，允許我們分別優化三種不同的功率等級。例如，我們可優化高功率增益(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功放的靜態電流和效率曲線
此制成在低功率等級達到業界低于 7mA 的靜態電流，那是一個非凡的進展相比單一鏈路功放中典型的 50mA的靜態電流。
表1列出通過使用特殊制成的最新 ANADIGICS WCDMA 功放模塊的靜態電流和效率對比數據。
3 物理，功能，電性能改進
除了在沒有使用外部 DC/DC 轉換器可以減少電流消耗， BiFET 技術使制造商集成其它功能成為可能，例如在功放芯片內集成LDO，手機制造商能夠更多的減少電路板空間及進一步降低成本。
此技術還有另一優勢：它使得制造商可將功放模塊設計于更小面積上。如表1顯示， ANADIGICS 現在提供業界第一個3x3mm 單頻和 3x5mm 雙頻WCDMA HELP3功率放大器
HELP3技術與朝向低電壓邏輯的移動手機制造商并駕齊驅。新型號的HELP功放以 1.8V 邏輯電壓設計。這些功放將提供更長的通話時間，并進一步減少靜態電流少于4mA。
此外， ANADIGICS 使用BiFET制成開發了我們稱為 ZeroIC 的功放，也稱為旁路功放，此類放大器可以在低于某個功率水平下完全被關閉，因此電流消耗為0，通過開關網絡提供一條旁路路徑到功放模塊的輸出端。
4 結論
ANADIGICS創新的InGap-Plus制成是HELP功放技術的基礎。這個制成允許在同一晶體上分別優化高性能的射頻開關和功率放大器。ANADIGICS已經使用這項技術提供業界第一個3x3 mm 單頻和3x5 mm 雙頻 WCDMA HELP3功率放大器。 | 
發表于 2010-10-9 20:56:36
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