每個(gè)無(wú)線系統(tǒng)的最后一個(gè)輸出級(jí)包括某種形式的RF功率放大器（PA），用于將信號(hào)發(fā)送到天線。根據(jù)無(wú)線系統(tǒng)使用的頻段，功率輸出和所需效率，設(shè)計(jì)人員可以從采用多種技術(shù)制造的功率放大器中進(jìn)行選擇 - 砷化鎵（GaAs），磷化銦鎵，硅鍺，雙極，CMOS或氮化鎵（GaN）。手機(jī)等系統(tǒng);無(wú)繩電話; Wi-Fi，LTE和WiMAX適配器;無(wú)線路由器和接入點(diǎn);無(wú)線電纜更換;基站;中繼器;即按即說(shuō)收音機(jī);對(duì)講機(jī); ZigBee的;藍(lán)牙在射頻功率輸出，頻段，效率要求和成本方面都存在顯著差異。因此，具有多種PA選項(xiàng)允許設(shè)計(jì)人員優(yōu)化無(wú)線系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)最佳的成本/性能折衷。

對(duì)于電池供電系統(tǒng)，低運(yùn)行和待機(jī)電流以及高功率效率是關(guān)鍵要求，因?yàn)殡娏飨暮托蕦@著影響系統(tǒng)的電池壽命。 PA的效率越高，通話時(shí)間越長(zhǎng)或Wi-Fi連接的持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)。諸如基站，路由器和接入點(diǎn)之類(lèi)的線路供電系統(tǒng)通常需要更高功率的輸出，因此具有更高的有效電流。雖然效率仍然很重要，但原因不同。許多系統(tǒng)都在密封的外殼中，氣流最小，因此熱量積聚是一個(gè)重要問(wèn)題。效率越高，散熱越少，系統(tǒng)可靠性越高。

在所有技術(shù)中，GaN高電子遷移率晶體管（HEMT）為未來(lái)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)了許多希望。由于GaN器件可以在高溫下工作（因此可以使用更小的散熱器）并處理高功率水平，因此它們是移動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)（基站）和WiMAX無(wú)線應(yīng)用的理想選擇。目前，基于GaN的PA比硅解決方案更昂貴，但GaN的增強(qiáng)性能和在高頻（》 4 GHz）下工作的能力可能使成本在系統(tǒng)級(jí)別上排列。此外，未來(lái)的制造進(jìn)步還將進(jìn)一步降低GaN的成本。讓我們來(lái)看看各種技術(shù)的一些放大器產(chǎn)品。

GaN解決方案剛剛開(kāi)始應(yīng)用于電子對(duì)抗，雷達(dá)和通信系統(tǒng)等系統(tǒng)。作為首批商用單片GaN HEMT功率放大器之一，Cree公司的CMPA0060025F提供17 dB的小信號(hào)增益和高達(dá)25 W的飽和輸出功率（圖1）。單片微波集成電路（MMIC）可在高達(dá)50 V的電壓下工作在20 MHz至6 GHz之間。放大器的功率附加效率優(yōu)于20％，輸入和輸出端口內(nèi)部匹配至50Ω。與硅或GaAs晶體管相比，MMIC采用0.5 x 0.5英寸螺旋封裝，提供更高的功率密度和更寬的帶寬。該公司還提供大量的GaN MMIC，可滿足許多功率/帶寬要求。

圖1：使用Cree CMPA0060025F MMIC的演示功率放大器可提供高達(dá)25 W的功率，工作頻率范圍為20 MHz至6 GHz。

GaAs - 功率放大器的主流技術(shù)

許多公司也在使用InGaP/GaAs異質(zhì)結(jié)雙極晶體管為802.11b/g/n等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供多標(biāo)準(zhǔn)MMIC功率放大器。這種放大器的例子包括Microsemi的LX5518和LX5516。 LX5518放大器的工作頻率范圍為2.4至2.5 GHz，單個(gè)正電源電壓為3至5 V，功率增益為30 dB。采用小型3 x 3 mm四方扁平封裝，MMIC包含三級(jí)放大器架構(gòu)以及有源偏置，片上輸入匹配和輸出預(yù)匹配，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)（圖2）。輸出端口上的片上功率檢測(cè)器有助于降低在典型無(wú)線系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)功率控制所需的系統(tǒng)成本和電路板空間。 LX5516采用略微簡(jiǎn)單的架構(gòu)，采用兩級(jí)放大器，片內(nèi)有源偏置和輸入和輸出均為50歐姆阻抗匹配。它的功率增益略低于LX5518，3.3 V電源的有效電流約為130 mA。

圖2：具有有源偏置網(wǎng)絡(luò)的三級(jí)放大器，Microsemi的LX5518針對(duì)應(yīng)用，例如使用IEEE802.11b/g/n標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線LAN。

針對(duì)藍(lán)牙Class 1系統(tǒng)的類(lèi)似功率放大器，加利福尼亞?wèn)|部實(shí)驗(yàn)室（CEL）的μPG2314T5N專為低功耗運(yùn)行而設(shè)計(jì)，采用3 V電源供電時(shí)，有效電流為65 mA。該放大器的功率附加效率接近50％，采用3 V電源時(shí)輸出功率為+ 20 dBm。該放大器采用微型1.5 x 1.5 x 0.37 mm六觸點(diǎn)塑料TSON（薄，小外形無(wú)引線）封裝，占用的電路板空間極小，只需極少的外部元件。

采用InGaP/GaAs HBT工藝的還有Microchip公司通過(guò)收購(gòu)Silicon Storage Technology提供的雙頻和單頻放大器。例如，SST13LP05是雙頻功率放大器，工作在2.4-2.5 GHz或4.9-5.8 GHz頻段，通常在較低頻段提供29 dB增益，在高頻段提供29至26 dB（圖3） 。能夠支持IEEE 802.11a/g/b，日本無(wú)線局域網(wǎng)，HyperLAN2，各種多媒體無(wú)線流媒體應(yīng)用，家用射頻和無(wú)繩電話等應(yīng)用，該芯片只需很少的外部組件即可完成系統(tǒng)解決方案，僅占用4 x 4 mm板空間。該芯片可在較大的電源電壓范圍內(nèi)提供穩(wěn)定的RF和功率檢測(cè)器性能，并具有低于2μA的極低關(guān)斷電流。

針對(duì)802.11b/g/n無(wú)線局域網(wǎng)應(yīng)用，SST12LP17E（圖3）采用2 x 2 mm八觸點(diǎn)表面貼裝封裝。該放大器采用Microchip的GaAs HBT工藝制造，在2.4至2.5 GHz頻段內(nèi)提供29 dB的增益，802.11g的功率輸出效率為21.5 dBm，功率增加效率為28％， 802.11b的功率超出22.5 dBm。與‘LP17E相比，SST12LP08的性能略有提升，通常可提供30 dB的增益和34％的功率附加效率。但是，這僅針對(duì)支持802.11b/g版本的IEEE標(biāo)準(zhǔn)。

圖3：Microchip的雙頻段SST12LP17E包含高頻和低頻功率放大器通道，尺寸為2 x 2 mm，8 - 接觸表面貼裝封裝。

將關(guān)斷電流推至1μA以下，SST12LP15A在2.4-2.5 GHz頻段內(nèi)提供32 dB的增益，802.11的功率輸出效率約為26％，功率為24 dBm g，802.11b的功率輸出為25 dBm，約為27％。 SST12LP14A將關(guān)斷電流調(diào)整至不到LP15A的十分之一，小于0.1μA，同時(shí)將工作電流降低約三分之一。但是，它放棄了一些功率附加效率，對(duì)于802.11g的22 dBm輸出降低到23％，而802.11b的輸出功率降低25％到23 dBm。針對(duì)4.9至5.8 GHz的IEEE 802.11a頻段，SST11LP12在功率輸出電平為23 dBm時(shí)提供約17％的功率附加效率，數(shù)據(jù)速率為6 Mbits/s。該芯片提供低于2μA的關(guān)斷電流，并具有約150 mA的空閑電流。

硅解決方案追趕

硅雙極技術(shù)已經(jīng)能夠趕上最近被認(rèn)為是GaAs技術(shù)專屬領(lǐng)域的產(chǎn)品。例如，MAX2235采用Maxim Integrated Products的高性能雙極性工藝制造，面向900 MHz頻段，輸出功率為32.5 dBm，電源電壓為5 V，3.6 V時(shí)為30 dBm，時(shí)為29 dBm 2.7 V電源時(shí)為3 V和28 dBm。該P(yáng)A的一些預(yù)期應(yīng)用包括900 MHz ISM頻段中的AMPS，雙向?qū)ず艋蚧贔SK的通信。該芯片具有37 dB范圍內(nèi)的可調(diào)增益，并具有功率控制引腳，可調(diào)節(jié)增益和偏置電平，即使在較低的輸出功率水平下也能保持最佳效率。輸出功率為+30 dBm時(shí)，效率通常為47％（圖4）。當(dāng)關(guān)閉控制引腳關(guān)閉PA時(shí)，電源電流降至1μA以下。

圖4：Maxim的MAX2235提供37 dB范圍內(nèi)的可調(diào)增益控制，包括一個(gè)功率控制引腳，可調(diào)節(jié)增益和偏置電平，以保持最佳效率。

Maxim提供的另一款放大器是MAX2059，一款高線性度，數(shù)字控制，可變?cè)鲆娣糯笃?/u>，總增益范圍高達(dá)56 dB，典型輸出IP3和輸出P1電平分別為31.8和18.4 dBm 。該芯片非常適用于單載波和多載波1，700至2，200 MHz DCS，1800 PCS，1900 EDGE，CDMA2000，WCDMA/UMTS和TD-SCDMA基站等應(yīng)用。該芯片是一個(gè)高度集成的子系統(tǒng)，包含兩個(gè)5位數(shù)字衰減器，一個(gè)兩級(jí)驅(qū)動(dòng)放大器，一個(gè)環(huán)回混頻器和用于控制衰減器的串行接口。