BA012Fx功放在WCDMA數(shù)據(jù)卡數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用

隨著蜂窩網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率的提升，數(shù)據(jù)卡以及手機(jī)對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笠踩找嬖黾印＞?strong>WCDMA手機(jī)功放而言，由于手機(jī)經(jīng)常在基站密集的城市區(qū)域使用，因此在中低輸出功率范圍內(nèi)需要高效率的工作;在另一方面，對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸來(lái)說(shuō)，傳輸量的增加導(dǎo)致了PA更多地工作于高輸出功率模式下。對(duì)于數(shù)據(jù)卡和手機(jī)來(lái)說(shuō)，高功效對(duì)數(shù)據(jù)卡更加重要。因此很多功放廠家除提供用于手機(jī)的功放以外，還會(huì)專門開發(fā)適用于數(shù)據(jù)卡或者高速率數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域的功放。三菱電機(jī)開發(fā)了一款用于數(shù)據(jù)傳輸的高效率功放“BA012Fx”，并已于近期發(fā)布。本文主要介紹BA012Fx系列的設(shè)計(jì)理念以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

　　基于GaAs HBT工藝的數(shù)據(jù)卡用新型功放

　　GaAs HBT(砷化鎵異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管)放大器被廣泛應(yīng)用在CDMA手機(jī)領(lǐng)域。這是由于HBT比FET(場(chǎng)效應(yīng)管)擁有更高的輸出功率密度，而且HBT可以由一路偏置電壓驅(qū)動(dòng)。因此，HBT功率放大器在手機(jī)領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展了多年。

　　三菱電機(jī)專門為數(shù)據(jù)卡開發(fā)了BA012Fx系列功放，該系列擁有5個(gè)頻段，分別為Band1(1920MHz~1980MHz)、Band2(1850MHz~1910MHz)、Band3(1710MHz~1785MHz)、Band5(824MHz~849MHz)、Band8(880MHz~915MHz)，適用于亞洲、北美、歐洲以及日本的WCDMA網(wǎng)絡(luò)。

　　圖1顯示了BA012Fx系列功放模塊的外型，尺寸為3mm*3mm*1mm。最大輸出功率為670mW(28.25dBm)， 功率附加效率(PAE)為45%，在同類功放產(chǎn)品中擁有最高等級(jí)的性能。該系列放大器內(nèi)部集成了(i)衰減器：用于改變功放的增益以及降低低輸入功率時(shí)的信噪比;(ii)耦合器：用于檢測(cè)輸出功率。我們還在衰減電路中增加了相位控制功能，在改變?cè)鲆鏁r(shí)可有效減少相位誤差。

　　圖1 BA012Fx系列功放的外形尺寸僅為3mm*3mm*1mm。

　　目前，手機(jī)功放通常采用切換通路的方式來(lái)提高中低輸出功率下的性能。但是提供通路切換功能的開關(guān)電路自身的損耗會(huì)降低整個(gè)功放的功率附加效率(PAE)。因此BA012Fx系列功放在末級(jí)輸出通路上沒(méi)有使用任何開關(guān)電路，從而實(shí)現(xiàn)高輸出功率時(shí)高功率附加效率的目的。

　　圖2為數(shù)據(jù)卡功放的結(jié)構(gòu)框圖。該功放模塊由兩級(jí)放大器和一個(gè)位于一級(jí)放大器與二級(jí)放大器之間的衰減器組成。這樣的結(jié)構(gòu)可以降低在低增益模式下的噪聲系數(shù)。使用BiFET(雙極性場(chǎng)效應(yīng)管)作為衰減器是為了減少芯片的尺寸，因?yàn)橥恍酒峡梢蕴峁〧ET開關(guān)電路。因此芯片尺寸要比使用雙極性晶體管的開關(guān)電路小。采用三維電磁分析，使線路布局更加合理。使用了單步衰減電路，如圖3所示。在高增益模式下，F(xiàn)ET的SW1開啟，SW2關(guān)閉;射頻信號(hào)可以直接通過(guò)，此時(shí)損耗最小。在低增益模式下，F(xiàn)ET的SW1關(guān)閉SW2開啟，信號(hào)通過(guò)串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻后損耗了14dB。為了補(bǔ)償衰減器在開關(guān)時(shí)的相位變化，加入了串聯(lián)電容C1。

　　圖2：功率放大器架構(gòu)框圖。

　　圖3：衰減器電路圖。性能測(cè)試結(jié)果

　　根據(jù)上述設(shè)計(jì)描述，我們測(cè)試了三菱電機(jī)BA012F5(WCDMA Band 5)的性能。調(diào)制信號(hào)為WCDMA(3GPP-R99)，應(yīng)用偏置電壓為3.4V 。圖4顯示了放大器的S參數(shù)測(cè)量結(jié)果。增益步長(zhǎng)為13dB，當(dāng)衰減器打開時(shí)，相位變化≤10°。兩種模式下的輸入反射損耗(S11)小于-10dBc。

　　圖4：放大器的S參數(shù)測(cè)量結(jié)果。

　　圖5顯示了ACLR與輸出功率等級(jí)的關(guān)系。該放大器的最大輸出功率為28.25dBm，線性增益為27dB，PAE為45%，ACLR為-40dB。相較于傳統(tǒng)的功放，PAE提高了5%左右。

　　圖5：ACLR與輸出功率等級(jí)的關(guān)系。

　　圖6顯示了耦合器的性能(VSWR2.5：1)。耦合系數(shù)變化小于0.6dB。BA012Fx系列是針對(duì)Band1、Band2、Band3、Band5和Band8開發(fā)設(shè)計(jì)的。BA012Fx系列所有的功放都滿足PAE=45%，ACLR=-40dBc。

　　圖6：耦合器的性能(VSWR2.5：1)

　　本文小結(jié)

　　我們測(cè)試了三菱電機(jī)專用于數(shù)據(jù)卡的BA012Fx系列功放，本文對(duì)其電路和性能做了介紹。該系列放大器采用了單步衰減電路來(lái)控制增益，用相位補(bǔ)償電路來(lái)優(yōu)化增益改變時(shí)的相位變化。實(shí)現(xiàn)了最高等級(jí)45%的功率附加效率，比傳統(tǒng)功放提高5%左右。

　　圖7： 用于手機(jī)和數(shù)據(jù)卡的功放架構(gòu)框圖。