5G是無(wú)線通信領(lǐng)域有史以來(lái)最重要、最強(qiáng)大的技術(shù)之一。與4G相比，5G在數(shù)據(jù)傳輸速率、延遲和容量方面均實(shí)現(xiàn)了顯著提升，有望成為影響業(yè)界乃至全球的真正變革性技術(shù)。

然而，這些根本性的性能改進(jìn)給底層射頻(RF)硬件帶來(lái)更大的壓力，也提出更嚴(yán)格的要求。功率放大器(PA)作為RF硬件中最重要的器件之一，其重要性亦伴隨5G的普及而與日俱增。為幫助化解5G RF PA的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，功率放大器模塊(Power Amplifier Modules, PAM)近年來(lái)已成為一種重要工具。

在這篇文章中，我們將討論P(yáng)A和它們?cè)?G中的作用，以及Qorvo如何利用PAM助力未來(lái)的5G基礎(chǔ)設(shè)施。

什么是功率放大器？

在處理RF信號(hào)時(shí)，尤其在5G的高頻段，信號(hào)電平可能非常低。這種情況帶來(lái)了一定挑戰(zhàn)，因?yàn)殡姶?EM)信號(hào)在較低的幅度下更容易受到系統(tǒng)級(jí)噪聲的影響(即導(dǎo)致信噪比降低)。此外，較低的電壓信號(hào)通常不足以缺乏驅(qū)動(dòng)后續(xù)電路或天線。

工程師們利用PA來(lái)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。RF PA作為用于提高RF信號(hào)幅度、輸出功率或驅(qū)動(dòng)能力的電路模塊，通常位于系統(tǒng)天線附近，從而為發(fā)射天線提供大功率信號(hào)。

使用PA的目的在于增強(qiáng)信號(hào)，同時(shí)保持信號(hào)從輸入到輸出的高保真度。因此，線性度、效率和輸出功率是PA的重要指標(biāo)。

PA的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

長(zhǎng)期以來(lái)，人們?cè)陔娐钒迳鲜褂梅至⒃?lái)設(shè)計(jì)PA及其周邊電路。盡管這種方法多年來(lái)一直為該行業(yè)所采用；然而，隨著一些非常規(guī)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的出現(xiàn)，這種方式的有效性受到了質(zhì)疑。

其中一個(gè)挑戰(zhàn)是如何在面積、成本、性能和功耗之間取得平衡。一般來(lái)說(shuō)，這些參數(shù)相互之間存在沖突，設(shè)計(jì)人員必須知道如何優(yōu)化電路，以在特定應(yīng)用中以最佳的方式權(quán)衡取舍。當(dāng)使用分立元件時(shí)，由于元器件選擇、組件互用性及布局等因素會(huì)對(duì)性能造成影響，在這些權(quán)衡因素間取得平衡變得越來(lái)越困難。

在向5G的演進(jìn)中，這一情況變得更為復(fù)雜，因?yàn)橄到y(tǒng)需要覆蓋更寬的帶寬和更高的頻率范圍。如今的系統(tǒng)在工作頻率高達(dá)4GHz的同時(shí)，需要具備高達(dá)400MHz的平均瞬時(shí)帶寬。因此，所面對(duì)的挑戰(zhàn)在于既要在這個(gè)頻段上達(dá)成前文所提到的系統(tǒng)權(quán)衡，又要同時(shí)保持性能。

采用PAM的解決方案

為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，Qorvo將目光轉(zhuǎn)向PAM。PAM是將PA及其周邊電路的分立元件集成至單個(gè)封裝解決方案中的電子器件。

例如，在5G基站應(yīng)用中，PAM可以將驅(qū)動(dòng)放大器和末級(jí)放大器集成到單個(gè)封裝中，而不是將它們作為分立的電路模塊實(shí)現(xiàn)。通過(guò)將整個(gè)PA系統(tǒng)集成到單個(gè)模塊，我們可以獲得許多重要的成果，如下圖所示。

Qorvo QPA4501 PAM產(chǎn)品集成一個(gè)Doherty 末級(jí)放大器，可實(shí)現(xiàn)高功率及高效率

首先，PAM使基站等RF系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相比分立方案更為簡(jiǎn)化。設(shè)計(jì)人員無(wú)需挑選元件和設(shè)計(jì)分立電路，便可選擇適合自己需要的模塊，并將其作為一個(gè)整體在系統(tǒng)中實(shí)施。

除此之外，與非模塊化解決方案相比，PAM還帶來(lái)更卓越的性能與更小的面積。通過(guò)集成元件，可將寄生效應(yīng)等布局問(wèn)題將至最低，從而獲得更高的性能與效率。Qorvo的PAM還同時(shí)為設(shè)計(jì)人員解決了阻抗匹配等問(wèn)題，確保最高性能的達(dá)成。

最后，這種集成方式使系統(tǒng)平均體積更小，為用戶的最終系統(tǒng)設(shè)計(jì)節(jié)省了重量和面積。

Qorvo的PAM專業(yè)技術(shù)

Qorvo提供業(yè)界最龐大、最具創(chuàng)新性的碳化硅基氮化鎵(GaN-on-SiC)產(chǎn)品組合，幫助用戶實(shí)現(xiàn)卓越的效率和操作帶寬。GaN-on-SiC產(chǎn)品具有功率密度高、尺寸小、增益出色、可靠性高和工藝成熟等特點(diǎn)。

Qorvo認(rèn)識(shí)到PAM在未來(lái)5G系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要性，并致力于為市場(chǎng)打造業(yè)界領(lǐng)先的解決方案。Qorvo的PAM旨在實(shí)現(xiàn)功率、效率、尺寸和成本間的平衡，同時(shí)盡可能簡(jiǎn)化用戶的設(shè)計(jì)。

關(guān)于作者

Shawn Gibb

5G基站產(chǎn)品高級(jí)產(chǎn)品線經(jīng)理

Shawn在GaN技術(shù)領(lǐng)域超過(guò)25年的工作經(jīng)驗(yàn)，使其十分了解這項(xiàng)技術(shù)的能力與挑戰(zhàn)。作為我們GaN基站產(chǎn)品的產(chǎn)品經(jīng)理，他與客戶同我們著名的GaN專家團(tuán)隊(duì)緊密合作，共同開(kāi)發(fā)將塑造無(wú)線通信未來(lái)的前沿產(chǎn)品。

審核編輯：湯梓紅