消費者對數(shù)據(jù)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(wǎng)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(yōu)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(shù)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(xiàn)。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(diào)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(zhuǎn)換器和旁路電容,來優(yōu)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。
優(yōu)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(nèi)提高效率。這可以通過評估 CDG(CDMA Development Group)或者 GSMA(GSM Association)在 3G 網(wǎng)絡中的手機功率分布曲線圖,優(yōu)化功放效率來實現(xiàn)。圖1為 3G 手機制造商使用的 GSMA的功率分布曲線。
圖1 3G網(wǎng)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(tài)電流。- 1dBm輸出功率時,功放的靜態(tài)電流通常約為50mA。通過在低功率級別,減少靜態(tài)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(tài)的單鏈路PA的只能在最大額定功率下進行優(yōu)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(zhuǎn)換器和偏置電壓控制可以優(yōu)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(zhuǎn)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(tài)下進行校準。
兩路功放的多級優(yōu)化
ANADIGICS 的 InGaP-Plus技術(shù)， 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(yōu)化問題。這使得功放在不同功率水平可以進行獨立的優(yōu)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(guān)(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(yōu)化。InGaP-Plus 使得設計師能夠獲取功放的最優(yōu)性能。
這項技術(shù)最初稱為HELP(High Efficiency at Low Power)，設計成一個雙狀態(tài)(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(tài)， InGaP-Plus功放可在內(nèi)部對高功率和低功率進行優(yōu)化。單一鏈路功放是不能做到的。
通過內(nèi)部優(yōu)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(zhuǎn)換器節(jié)省更多電流。但是額外電流的節(jié)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(tài)，允許我們分別優(yōu)化三種不同的功率等級。例如，我們可優(yōu)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(tài)電流和效率曲線
此制成在低功率等級達到業(yè)界低于 7mA 的靜態(tài)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(tài)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(tài)電流和效率對比數(shù)據(jù)。
表 1: ANADIGICS HELP3 WCDMA功放模塊
物理，功能，電性能改進
除了在沒有使用外部 DC/DC 轉(zhuǎn)換器可以減少電流消耗， BiFET 技術(shù)使制造商集成其它功能成為可能，例如在功放芯片內(nèi)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(shù)還有另一優(yōu)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(xiàn)在提供業(yè)界第一個3x3mm 單頻和 3x5mm 雙頻WCDMA HELP3功率放大器
HELP3技術(shù)與朝向低電壓邏輯的移動手機制造商并駕齊驅(qū)。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(tài)電流少于4mA。
此外， ANADIGICS 使用BiFET制成開發(fā)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(guān)閉，因此電流消耗為0，通過開關(guān)網(wǎng)絡提供一條旁路路徑到功放模塊的輸出端。
結(jié)論
ANADIGICS創(chuàng)新的InGap-Plus制成是HELP功放技術(shù)的基礎。這個制成允許在同一晶體上分別優(yōu)化高性能的射頻開關(guān)和功率放大器。ANADIGICS已經(jīng)使用這項技術(shù)提供業(yè)界第一個3x3 mm 單頻和3x5 mm 雙頻 WCDMA HELP3功率放大器。
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