教授：陳文山學生：林晏羽班級：碩研電子一甲學號： 9930228

教授：陳文山學生：林晏羽

班級：碩研電子一甲

學號： 9930228

THIS PAPER APPEARS IN: MICROWAVE MAGAZINE,IEEE .ISSUE DATE :FEB.2010 .VOLUME :11,ISSUE:1 .ON PAGE(S):60-69 .INSPEC ACCESSION NUMBER:11148040 .DIGITAL OBJECT IDENTIFIER :10.1109/MMM.2009.935214 .DATE OF CURRENT VERSION :29 一月 2010 .SPONSORED BY :IEEE MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES SOCIETY

EVOLUTION OF RFIC HANDSET PAS

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手機業務增長 / 預計增長 2002 年至 2013

圖 1 。手機手機部門的增長，較去年同期預測全球（百萬）。

3THIS PAPER APPEARS IN: MICROWAVE MAGAZINE,IEEE .ISSUE DATE :FEB.2010 .VOLUME :11,ISSUE:1 .ON PAGE(S):60-69 .INSPEC ACCESSION NUMBER:11148040 .DIGITAL OBJECT IDENTIFIER :10.1109/MMM.2009.935214 .DATE OF CURRENT VERSION :29 一月 2010 .SPONSORED BY :IEEE MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES SOCIETY

Requirements for Power Amplifiers


Semiconductor Technologies for RF Integrated Circuit Handset PAs

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1.III - V 族化合物為基礎的技術和矽為基礎2. MESFET3. PHEMT4. HBT

半導體技術可用於 PA 的應用：

砷化鎵（ GAAS ）優點： 1. 高擊穿電壓 2. 高增益 3. 線性度好 4. 加強 PAE 的高產量 Vcc


Semiconductor Technologies for RF Integrated Circuit Handset Pas


Handset Power Amplifier DesignMethodologies and Architectures

Saturated Power Amplifi er DesignMethodologies and ArchitecturesPower Amplifier Design Methodology

7

Match

Match

Match

Match

COMSConroller

HBTPA

HBTPA

圖 2. 方塊圖，四組頻帶 GSM / GPRS 功率放大器。 CMOS 控制器提供直流偏置，邏輯控制，功率控制的兩條平行異質結雙極晶體管。阻抗匹配電路用於輸入和輸出的放大器。

Automatic Bas Controller

Vcc

RFoutRFin

Vapc

圖 3. 方塊圖三個階段功率放大器。第一階段提供線性增益，第二階段提供足夠的功率來驅動第三階段為飽和模式操作。


圖 4. 顯微照片一個四頻的 SiGe HBT 功率放大器。這樣的設計集成了控制階段和擴增階段在一個芯片上。


Saturated Power Amplifier Design Architectures

10

PA

Ramp PAC Vcc

Vbat

兩個主要的架構是使用在 GSM 功率放大器，一個是可變增益，另一種是固定增益架構。在可變增益架構， [ 功率放大器有固定的輸入功率，通常由一個壓控振盪器（ VCO ），輸出功率為通過改變增益功率放大器通過偏置控制。

圖 5. 電流控制，可變增益電路。調整後的增益是通過改變偏壓的感應電流在輸出。


PA

Ramp PAC Vcc

Vbat

圖 6 。電壓控制，可變增益電路。集電器的電壓是感覺到的，以及一系列 FET 的電壓調整設置集電電壓。


Linear Power AmplifierDesign and Its Architecture

12

DriverStage Bias

OutputMatch

lnterStageMatch

LnputMatch

PowerStage Bias

Vcc1

GND GND

Vcc1VCONTVREF

RFln RFOut

ModuleMMIC

DA DA

圖 7. 簡化的兩階段線性功率放大器手機框圖。第一階段由一個驅動放大器（大），其次是功率放大器


CamierMatchin

gCircuit

Load

λµTransformer

Peak

圖 8. 一系列的簡化結構型功率放大器 Doherty 輸出載波信號分離和通過路徑 1 和路徑 2 ，結合在負載。


Load

M ·ZLoad

M ·ZLoad

M -1

ZLoad

M ·Z

Load

Q1 Zo90o

Q2

（ A ）


Load

M ·ZLoad

(Open)

ZLoad

M ·Z

Load

Q1 Zo90o

Q2

8

2

圖 9. 一種簡化結構的開關的功率放大器。（ A ）高功率模式。（ B ）低功耗模式。 15THIS PAPER APPEARS IN: MICROWAVE MAGAZINE,IEEE .ISSUE DATE :FEB.2010 .VOLUME :11,ISSUE:1 .ON PAGE(S):60-69 .INSPEC ACCESSION

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圖 10 。測量的功率附加效率的系列型功率放大器（實線）相比，一個典型的 AB 類功率放大器（虛線）。

圖 11 。測得的功率附加效率（ PAE ）和相鄰信道功率比（ ACPR ）在 5 MHz 偏移使用寬帶分碼多工存取計劃（ 3GPP 的WCDMA 的 rel.99 ）。載波頻率為836.5MHz16THIS PAPER APPEARS IN: MICROWAVE MAGAZINE,IEEE .ISSUE DATE :FEB.2010 .VOLUME :11,ISSUE:1 .ON PAGE(S):60-69 .INSPEC ACCESSION

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I/M

O/M

I/MO/M

AdditionalMatching

Point 1

Vd2

Q2

Vd1

Vc1

Pin

Point 2

Point 2

Point 1

Id2

Q1

Id1Vc1

SW2

圖 12. 框圖步階功率放大器。開關是用來改變功率放大器周邊設備。 I / M ：輸入匹配。 O/M ：輸出匹配


0

BiasCircuitSecondStage

Switch

BiasCircuitFirst

Stage

LnputMatchin

g

LnputMatchin

g

lnterStage

Matchin

lnterStage

Matchin

Switch

dcFeed

dcFeed

dcFeed

MMIC

+45Phase

-45Phase

0

dcFeed

dcFeed

dcFeed

ldc Feedand

HarmonicsTuning

-45Phase

+45Phase

0

0

ldc Feedand

HarmonicsTuning

50Ω

20-25Ω

6-10Ω

dc Block

RFln

Vctrl

Vcc

Vcc

Vcc

Vcc

Vcc

Y1 Y2

Y1 Y2

Y1 Y1Vctrl

圖 13. 示意圖的開關負載不敏感的功率放大器。該裝置周圍是改變部分關閉輸出單元。

18

S/WCNTL

VmodeBissCNTL Biss Circuits

MatchCircuit

MatchCircuit

VCC1A VCC1B

High-Power Amplifier Chain

Low-Power Amplifier Chain

MMIC

ln

MatchCircuit

DA2

DA1

PA2

PA1

VCC2A VCC2B圖 15. 示意圖並聯功率放大器19

圖 14. 測量 ACPRI 和 ACPR2 和 PAE 為低（ LM ）和高（ hm ）的功率模式在載波頻率為 1880MHz 的步階功率放大器。

圖 16. 測量增益和功率增加為低效率（ PAE ）和高功率模式在載波頻率為1880MHz 的電路如圖 15 所示。


Future Handset PAsMultimode and Multiband

PAs

21

High Band

SPl

Low Band

DCS/PCS

WCDMA HBWCDMA HBWCDMA HB

WCDMA HB

WCDMA HBGSM/EGSM

Vdes

圖 17. 單一路徑，多模功率放大器架構。開關是用來改變不同的解調器電路


Summary

22

由於功率放大器在手機使用手機電池供電操作，高 PAE 是必不可少的電池壽命。同樣重要的是對熱管理在手機上。線性是關鍵 3G 的應用或超越。此外，成本，尺寸和可靠性也非常重要的考慮因素。III - V複合技術在今天仍然佔主導地位的手機市場，由於其優越的性能，如 PAE 的，線性度和耐用性。矽 CMOS 技術是在追趕。進一步的性能改進和更新穎的設計方法都需要置換優勢的 III - V 族化合物的技術。矽材料製成的技術提供了很好的解決方案的單芯片集成。矽的 CMOS 多模 / 多頻段手工訂功率放大器可提供移動電話製造商以最低成本，最小尺寸，大多數的功能。巴勒斯坦權力機構最終可能會集成收發器和基帶芯片，以進一步縮小體積，降低成本。

圖 18.GSM 功率放大器模塊圖 19.WCDMA 功率放大器模塊


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END

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