在射頻信號鏈中,功率放大器(PA)是位于發(fā)射機信號鏈電路和天線之間的有源元件, 圖1 .它通常是一個單獨的離散組件,它的要求和參數(shù)不同于傳輸鏈和接收電路的要求和參數(shù)。這個常見問題將研究巴勒斯坦權力機構的作用及其特征。
圖1:功率放大器是采用低頻率射頻信號并提高其功率的元件,不增加任何對格式、調(diào)制或其他因素的改變;有時需要在源(PA)和負載(天線)之間顯示濾波器,以盡量減少由于PA不完善而產(chǎn)生的不希望的信號。
問:PA是做什么的?
答:PA的基本功能在概念上非常簡單。它采用低功率的射頻信號,已經(jīng)與數(shù)據(jù)編碼和調(diào)制,在所需的頻率,并提高其信號強度,為設計所必需的水平。這個功率水平可以是從毫瓦到幾十,幾百,或幾千瓦特。PA不會改變信號的形狀、格式或模式,而是"僅僅"放大它。
問:PA是否總是一個獨立的、離散的組件?
A: 不。對于100兆瓦或更少的低功率射頻輸出,PA可能是射頻傳輸集成電路的一部分,甚至更大的收發(fā)集成電路。雖然通過這種方式實現(xiàn)PA可以節(jié)省BOM成本,但它確實要求設計者對射頻IC和天線的物理位置非常謹慎,因為射頻信號路由是一個挑戰(zhàn)。此外,芯片PA的設計和執(zhí)行可能會對其性能或相關射頻電路的性能造成困難的損害。
在高功率水平的另一端,大約500-1000瓦,一個單獨的離散PA可能無法處理功率水平。在這些情況下,可以并行使用多個PA設備。雖然這樣做可以解決電力問題,但并行設計帶來了電力平衡、電流共享、熱匹配、處理和預防個人故障或過熱等新問題。
問:什么是 a MMIC?
答:帶或不帶帕的射頻集成電路被稱為MMIC-毫米集成電路-盡管嚴格來說,毫米波的范圍是30千兆赫到300千兆赫,而從1千兆赫到30千兆赫的范圍被認為是微波。但通常使用的術語MMIC通常用于較高的微波頻率。
問:什么樣的半導體工藝用于射頻PA?
答:除了標準MOSIFT外,大約10年前,主要的工藝是氟化鋇,目前仍在使用,主要是在5W系列的智能電話和有線電視中。在過去十年中,由于市場需求和供應商對工藝的大量投資,氮化鋇在電力水平較高的情況下取得了重大進展。甘現(xiàn)在是最受歡迎的PA新設計流程。
操作頻率如何進入情況?
A: 每當有射頻設計,關鍵問題是功率和頻率,以及一個因素對另一個因素的影響。費茨的工作可以達到幾百兆赫,但可以達到千兆赫的范圍,而加士對幾十兆赫是有用的,雖然最好低于10兆赫。在進入幾十個千兆赫的頻率,其中大部分的射頻活動是集中的(想想5g),甘是最有吸引力的過程。(當然,這些一般性發(fā)言中的每一個都有例外,而且整個區(qū)域都在快速移動,所以這些一般性發(fā)言是不斷變化的。)
注意,過程技術只是故事的一部分。另一部分是在制造拓撲結構方面如何使用這一工藝,其中包括雙極結晶體管、增強式MOSFET、異種結雙極管、金屬半導體費茨、高電子移動式晶體管和橫向擴散的金屬氧化物半導體。每個細節(jié)的微妙之處通常與PA用戶沒有直接的關系,但它們確實會影響PA能夠做什么及其局限性。
問:假設匹配網(wǎng)絡有正確的規(guī)格,影響其使用的主要設計問題是什么?
答:有三種:布局、信號完整性和寄生蟲學;熱管理(主要是帕效率在30%到70%之間)、熱吸收器、氣流和導電/常規(guī)冷卻;以及開發(fā)一個與天線相匹配的阻抗網(wǎng)絡; 圖2 .
圖2:幾乎在每一種情況下,都需要在PA和天線之間建立一個失調(diào)匹配網(wǎng)絡,以確保盡可能接近統(tǒng)一的最大功率轉(zhuǎn)移和VSWR。
問:布局和熱管理看起來足夠簡單,可以預測和建模,但是如何匹配呢?
A: 匹配是很棘手的,因為一個可以接受的匹配--在大多數(shù)情況下會導致VSWR<2--需要仔細建模,使用史密斯圖表( 圖3 )或類似的工具,通常是VNA(矢量網(wǎng)絡分析器)。但是真正的挑戰(zhàn)是負載的參數(shù)--這里是天線--可能不是恒定的。
圖3:史密斯圖表是一個非常古老但仍然有用的圖形工具,用于顯示各種可能的路徑和組件組合,這些路徑和組合將在PA輸出和天線之間提供阻抗匹配。
如果最終產(chǎn)品是智能手機,例如,用戶手和身體以及附近其他物體的位置會影響負載阻抗,從而影響阻抗匹配的優(yōu)點。隨著使用環(huán)境的變化,天線的"脫弦"和VSWR將增加,導致輻射能源效率低下、可能過熱和熱關閉。這里有一些技術可以用來抵消這些變化,比如動態(tài)阻抗匹配,但是這些增加了成本和復雜性。
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