自去年9月三星推出厚度小于8mm的超薄手機，引發(fā)全球超薄旋風，超薄手機正在走向極至，但是前端的功率放大器(PA)模塊及較高的外圍無源元件已成為制約手機向超薄發(fā)展的主要障礙，因此，像RFMD、Skyworks、安華高、TriQuint、飛思卡爾等這些功率放大器廠商已將超薄手機作為重要的攻堅目標，他們已走在前面。比如Skyworks的HeliosII EDGE正是三星超薄直板機T519所采用的前端模塊，而RFMD的RF3159線性EDGE功率放大器則是三星超薄滑蓋手機SGH-D900所采用的PA模塊。

三星的T519引發(fā)全球超薄旋風，對手機功率放大器尺寸提出更高要求。R88esmc

RFMD公司PA市場部Eric King說道：“RF3159的封裝高度是1.4mm，兩年前這是最薄的，但現(xiàn)在PA模塊的最小厚度已是1.0mm?！倍?.00mm的厚度也是目前這幾家公司最薄的PA厚度。 更進一步，對于超薄手機，不僅需要PA超薄，而且對于PA的功耗要求也更高。Eric King指出：“小空間也意味著散熱空間變小，而3G手機中40%的功耗仍然在器件的前端產(chǎn)生?！币虼耍牡目刂剖浅∈謾C中除了PA尺寸外，同樣重要的問題。 當然，除了以上尺寸和功耗兩大要解決的問題外，對于3G手機，特別是UMTS手機，對多頻帶的支持也是一個頭痛的問題。“在UMTS手機中，采用什么頻帶仍有很大的不確定性。”安華高中國區(qū)經(jīng)理李艇指出。

王諴晞：Skyworks的負載不敏感(LIPA)技術已獲得專利。

因此，正如Skyworkd公司大中國區(qū)高級總監(jiān)王諴晞所述：“RF前端需要支持多個頻率和運行模式、同時功率放大器還要求降低功耗和尺寸，這些都增加了PA復雜性?！毕旅嫖覀儗囊陨先矫鎭碛懻擃I先的PA廠商是如何為超薄手機減小空間的。 來自厚度的挑戰(zhàn)和解決方案 據(jù)RFMD的Eric King分析，影響PA模塊厚度的主要因素是層壓板(在上面安裝元件的小型PCB)、元件本身和塑料注塑。其次，底板上的有些無源元件具有很大的高度，以保持RF性能。例如，電池解耦元件通常會成為高度的限制因素，它常用來保證蜂窩標準所必需的高Q因數(shù)。 目前，1.00mm的PA厚度已是最先進的數(shù)字。安華高的李艇指出：“PA模塊的最大高度最近幾年一直穩(wěn)步下降。2004年的時候，標準PA的厚度還是1.5mm。而僅僅三年之后，標準PA的最大厚度就下降到了1.2mm，降低了20%以上。雖然這種趨勢仍在繼續(xù)，但進一步降低厚度變得更加困難?！彼硎?，為了使PA變得更薄，可以從這幾個方面著手：環(huán)氧樹脂過模(overmold)材料的厚度可以降低、PCB的厚度可以降低、可以使所有的芯片與bump技術(倒裝芯片)兼容。這些都要求對制造技術進行專門投資。通常不同的PA供應商，都進行了一些上述技術改進，并在實施其它一些改進?！笆褂眯滦蚉CB材料，或者采用比目前所用的更薄的基底，將能明顯降低PA高度。”李艇表示，“但是，降低厚度的努力一定會因可能對RF性能造成影響而受到制約。”他提示。 安華高公司的獨立PA，即沒有與濾波器集成在一起的PA，目前尺寸是4×4毫米，正在向3×3毫米前進?！案倪M集成度要考慮的關鍵性能是電流消耗，特別是在低輸出功率水平上的電流消耗。”他說道，“對于業(yè)內普遍使用的手機PA，CoolPAM架構可提供非常低的平均電流。”他特別強調，安華高提供的額外好處是，整合電流非常低的PA同時，采用了獲獎的FBAR濾波技術，利用該技術可以實現(xiàn)最優(yōu)的FEM解決方案。 除材料和工藝改進外，提升PA集成度是大家共同采用的方式。RFMD的Eric King表示，目前薄型手機的最大問題是PA模塊和發(fā)射模塊的集成。就PA模塊來講，目前正在把RF開關、外圍匹配元件和功率探測器集成到基板上。這些元器件的集成提供了手機所需要的小薄占位面積需求。除了提高PA的集成度外，還需要把后端的其它器件集成到發(fā)射模塊TXM，把post PA損耗降至最低，從而減少總體前端功耗。 但是他提示，在對PA集成時，這些模塊的諧波性能是個挑戰(zhàn)，因為目前開關與PA器件位于同一個基板上面?！癛F7115是一個好榜樣，它解決了這些諧波問題。” 此外，提供負載不敏感特性的PA也非常關鍵，因為它可以省去外圍的隔離器，“而隔離器可能是整個設計中最高的器件。”Eric King表示。RFMD的寬帶PA解決方案和Skyworks的Intera(tm)前端模塊(FEM)都具有負載不敏感特性，而后者更是集成了完整的濾波器。王諴晞更是稱：“Skyworks的負載不敏感(LIPA(tm))技術已獲得了專利。” 在采用新材料、提升PA集成度的時候，一定不能以犧牲性能為代價，其中很重要的就是不能忽略了UMTS和EDGE手機對多種頻帶的要求，而事實上，這也是衡量PA性能的一個重要指標。 面對多頻段需求，整合任務艱巨 目前在GSM/EDGE手機上全球存在四個主要頻段，而在UMTS手機上更是存在9個主要頻段。滿足這些不同地區(qū)不同頻段的需求是PA廠商除了減小尺寸和提升集成度外要面對的另一個重要問題。在這方面，飛思卡爾走在較前列，前不久它宣稱新推出的RFX300-30射頻前端可支持以上全部13種頻段。而RFMD、安華高則有不同的做法。 Eric King表示：“我們在設計PA時采用了兩種方案，以支持UMTS范圍內的頻率?！彼忉尩溃和ㄟ^窄帶PA模塊，面向頻率支持已得到良好定義的UMTS地區(qū)(地區(qū)1、2和5)的多頻手機；同時，他們也在研究用于支持全球多個地區(qū)的寬帶PA模塊?！皟煞N設計方案之間的權衡是靈活性、性能和成本?！彼瑫r解釋了二者的區(qū)別：窄帶PA模塊方案是一種優(yōu)化的線性PA、功率探測器和雙工器的組合。這種方案是面向WCDMA市場的RFMD Artemis架構的一個變體。PA模塊擁有兩個數(shù)字控制功率模式，以在高輸出功率下實現(xiàn)最佳的直線性，同時在較低的輸出功率上優(yōu)化電流消耗。這允許該PA模塊滿足HSDPA/HSUPA對PA模塊嚴格的性能規(guī)格要求。它也允許用戶在具體地區(qū)獲得最佳的性能。但是，必須權衡前端設計的復雜性，因需要單刀九擲開關來提供多頻支持，而且需要考慮解決方案的尺寸增大問題。 寬帶解決方案PA系統(tǒng)是一個單頻PA(地區(qū)1)或雙頻PA，能夠支持多個地區(qū)(地區(qū)I, II, III, IV, V, VI, VIII, and IX)。該解決方案允許在同一平臺上，通過重復使用PA模塊對多個地區(qū)支持。寬帶設計還使用DC-DC轉換器來使PA最有效地使用電池提供的電能。寬帶PA具有負載不敏感特性，允許不采用隔離器。該架構可使手機平臺縮短上市時間和成本，同時不會犧牲性能。 在安華高方面，李艇表示他們正在集成方面采用雙管齊下的策略： 安華高正在開發(fā)“by-band”FEM，在一個單一封裝中包含一個發(fā)射濾波器、一個PA、一個耦合器(必要時可充當探測器)和一個雙工器。其中，面向Band 1的By-band FEM用于使用最為廣泛的UMTS頻帶。此外，安華高正在為北美市場開發(fā)一系列By-Band FEM：一種FEM用于Band 2，一種用于Band 5，一種用于Band 4。而且也在進行相關開發(fā)，以支持日本市場，包括一種用于Band 9的FEM。最后，還有一種用于目前的E-GSM頻帶Band 8的FEM?！跋乱浑A段的集成工作將把這些By-Band FEM組合起來，手機廠商需要這樣的整合。對于北美市場來說，把Band 2和5組合起來很有意義。對于其它市場，把Band 1和8組合起來似乎令人關注?！崩钔дf道。 不過，在考慮將這些不同頻段的產(chǎn)品整合時，功耗問題是最令人頭痛的問題了。 PA功率控制是超薄手機關鍵，廠商各使不同招術 在超薄手機中，由于散熱空間小，對功耗的要求比普通手機更高。為此，各廠商在降低功耗的設計上都使出了絕招。 RFMD的Eric King指出：“PA模塊的層壓板由幾層組成，信號在上面?zhèn)鬏敗．斶@些層由更薄的材料構成時，從一層到另外一層的耦合就可能發(fā)生。必須重視層壓板設計以把它上面的器件耦合效應降至最低。這里可采用TxM模塊，在這種模塊中post PA耗損降至最小，從而減小前端整體功耗。”此外，他表示利用限流器、功率整平電路或者增加DC-DC轉換器，可以降低PA中的Max Icc。RFMD有兩個架構來實現(xiàn)功率的降低。 第一種架構是Vbatt追蹤電路，隨著電池電壓的下降而降低Vramp水平。限流器集成到CMOS控制器之中，不需要來自用戶的額外輸入。在電路中，實現(xiàn)了一個反饋環(huán)路，把Vbatt與Vcc進行比較，并產(chǎn)生校正，以便降低Vramp。這防止開關晶體管進入飽和狀態(tài)并誘發(fā)開關瞬時現(xiàn)象。除了Vbatt追蹤電路，還有一個集成功率整平電路，對電路加以監(jiān)控和限流。像Vbatt追蹤電路一樣，功率整平電路也被集成到CMOS控制器之中，而且不需要用戶輸入。 第二種架構是在RFMD的PowerStar(r)基礎上進行改進。在下一代PowerStarII架構中，通過閉環(huán)方案改善了電壓、溫度和失配條件引起的功率變化。PowerStarII還采用了一個可變偏壓方式，它以較低的功率水平實現(xiàn)了效率的最大化，并保證了足夠的動態(tài)范圍。總之，PowerStarII把集電極控制的優(yōu)點與功率探測反饋相結合，以使功率變化最小化，同時優(yōu)化功率效率，促進了PA解決方案的小型化和薄型化。 而在Skyworks方面，其被三星超薄手機采用的SKY77331功率放大器模塊由GSM850/900 PA部件、DCS1800/PCS1900 PA部件、50Ω輸入輸出阻抗匹配電路、功率放大器控制(PAC)部分和一個集成耦合器構成。一個定制的CMOS IC提供內部PAC功能和接口電路。兩個單獨的HBT PA器件是在InGaP/GaAs裸片上制成的，這兩個PA器件共享共同的電源端來分配電流。GaAs裸片、硅裸片和無源器件都安裝在一個多層層壓板基板上面，整個組件利用塑料overmold進行封裝。RF輸入與輸出端口內部匹配到50Ω以減少四頻設計的外部元件數(shù)量。這種雙重PA模塊的漏電流(最大10μA)極低，可使手機待機時間達到最長。