恩智浦计划2013年推GaN E类放大器

“预计2013年恩智浦的推氮化镓就可以商用，可以将系统效率提升到60%！”近日，恩智浦半导体高性能RF产品线RF功率及基站产品国际营销经理潘璠在接受电子创新网采访时透露，“这个新型放大器属于E类放大器，工作在开关模式下，采用了很多数字技术，我们采用氮化镓工艺，可以把E类放大器的优势都发挥出来。”

随着节能环保意识的提升，绿色基站已经成为产业的共识，这就要求无线通信里的核心部分——无线收发器具有越来越低的功耗、更高的效率以及更小的体积，而作为收发器中的最后一级，功率放大器所消耗的功率在收发器中已占到了60%～90%，所以，设计一种高效低谐波失真的功率放大器对于提高收发器效率，降低电源损耗，提高系统能效有十分重大的意义。

目前，在移动通信系统中LDMOS射频放大器基本都采用了Doherty结构，其系统效率多在40%左右，Doherty结构由2个功放组成：一个主功放，一个辅助功放，主功放工作在B类或者AB类，辅助功放工作在C类。两个功放不是轮流工作，而是主功放一直工作，辅助功放到设定的峰值才工作(这个功放也叫作peak ampli-fier)。如图所示。


Doherty结构

2009年，恩智浦半导体曾经发布过全球最高效的三路Doherty放大器，就是将三路Doherty放大器集成在一起，这是基于恩智浦特有专利的设计概念，对于多载波W-CDMA信号，其能效水平超过47%，平均功率输出为48 dBm，增益为15 dB，峰均比为8 dB。


三路Doherty放大器

是不是不断增加Doherty放大器的路数就可以不断提高系统效率了呢？潘璠指出：“理论上四路Doherty放大器的效率可以进一步提升，但是对于四路Doherty放大器而言，其所需要的峰均比（峰值功率对平均功率比值，PAPR， peak-to-average power ratio）是12db左右，而目前一般前级信号提供的峰均比是7到9db，所以如果开发四路Doherty放大器，不但设计难度加大很多，实际效率反而会下降。”
Doherty方法曾经被认为是提高效率最有前景的一种结构，但是现在，这个结构也似乎走到了极限。

基于氮化镓工艺E类放大器浮出水面

放大器本质是一个能量转换器，将直流能量转换为交流能量，对于Doherty放大器，我们可以认为它是一个AB类+C类放大器，我们都知道，AB 类、C类放大器都是通过减小导通角和增大激励功率来提升效率的，如果一味地减少导通角，虽然获得了效率的提升，但是输出功率将下降，所以这样做就失去了实际意义。所以，这样架构的放大器似乎已经走到了性能极限，未来需要开发新架构放大器。

“对于基于数字技术的功放，可选的D类、E类、F类和DE类，经过评估，我们确定了E类放大器结构，在工艺上确定了氮化镓工艺。” 潘璠指出，“选择氮化镓工艺主要是考虑它的应用领域比较宽广，除了可以应用到射频放大器，还可以应用到电源管理领域。”

他表示LDMOS工艺放大器由于截至频率只有13GHz左右，所以不适合用于E类开关功放，“基于氮化镓工艺的功率器件的截至频率可以从几十GHz到上百GHz，所以特别适合用于E类放大器。”他补充道。

理论上，E 类放大电路的效率可以达到100 % ，考虑到实际情况中，所有器件都不是理想情况下，所以E类放大器的效率会打折扣，但是即使这样，也可以提高很多。除了高效率，E类功放还有一个优点就是功率可调节性，即在保证输出效率的同时能较大范围的调节输出功率。

不过，氮化镓功率放大器工艺非常复杂，不但需要纯度很高的新材料，对于工艺流程要求也很严格，能成功完成设计并制造出的公司少之又少，氮化镓功率放大器的推出，无疑拉开了恩智浦与竞争对手的距离。


氮化镓功率放大器工艺非常复杂

目前，恩智浦在基站射频功率放大器领域占据了绝对的优势，“我们在1.8Ghz的产品上很有信心；在2.3G-2.4G的产品中具有较强的节能优势；在 3.8Ghz以上的市场则基本上看不到对手了。”潘璠透露，“这意味着恩智浦在未来4G/LTE基站的竞争中也将处于领先的优势。”
据他透露，恩智浦的LTE基站功率放大器已经被很多运营商采用，也用于中国LTE实验网的应用。


LTE基站功率放大器


应用于VHF/UHF频段的通讯发射机、广播电视发射机及工业应用的功率放大器BLF888A