BiFET功放的集成功率管理为3G手机省电多达25%

　　消费者对数据和多媒体的需求促使全世界的电信运营商把2G升级至3G 或以上的网络。这种趋势给了移动设备设计传递了很强烈的信号。

　　3G手机除了提供有竞争力的价格,还必须传输更高的功率，更优的线性度及更好的效率。最重要的是，3G手机必须有更长的通话时间，因为 3G 用户需要耗费更多时间使用他们的手机。

　　尽管在过去几年中，电池技术不断改进，但是仍然落后于功能扩展的需求。设计师必须减少手机功耗来满足高功率输出和更长通话时间的需求,这必须靠手机的半导体设备上来实现。由于功率放大器 (PA) 是当前庞大需求的其中一个组件，着重于通过从功率控制来减少电流消耗是有意义的。

　　与此相对应，众多的功率控制功能可以集成到功放模块上。集成功率控制功能不仅仅强调当前功耗的问题，并提供了更有效的手机设计方法。芯片集成允许手机设计师不使用单独的DC/DC转换器和旁路电容,来优化功率管理和获取更长的通话时间，同时减少PCB板的复杂性。

　　优化低功率输出的需求

　　控制功放功耗的一种方式是在较宽的输出功率范围内提高效率。这可以通过评估 CDG(CDMA Development Group)或者 GSMA(GSM Association)在 3G 网络中的手机功率分布曲线图,优化功放效率来实现。图1为 3G 手机制造商使用的 GSMA的功率分布曲线。

　　               图1 3G网络的GSMA 功率分布曲线

　　显而易见，手机大部分时间工作在低功率水平,大约在- 4dBm的功率级别。假设在 PA 和天线之间的电路损失大约为 3dB，那么 PA的输出功率大约为- 1dBm。

　　在低功率级别(低于 0dBm)， 功放主要消耗的是静态电流。- 1dBm输出功率时,功放的静态电流通常约为50mA。通过在低功率级别,减少静态电流提高功放效率，设计师可以大量的减少功率损耗。

　　然而直到最近，这都还不是可行的。用于手机的典型双状态的单链路PA的只能在最大额定功率下进行优化。这使得手机在低功率水平下工作时的效率很低。

　　当然，通过增加外部的 DC/DC 转换器和偏置电压控制可以优化单链路功放在低功率输出时的效率，以达到增长通话时间。但是就像上面所提到的，一个 DC/DC转换器也同时增加手机的尺寸及成本。此外，这将使设计变复杂，因为手机必须在不同的模拟控制状态下进行校准。

　　两路功放的多级优化

　　ANADIGICS 的 InGaP-Plus技术， 通过允许设计师使用多条增益链路来设计功放，解决了功放的优化问题。这使得功放在不同功率水平可以进行独立的优化。

　　通常意义上所说的BiFET 过程， InGaP-Plus集成了 pHEMT(pseudomorphic High Electron Mobility FET)和 HBT(Heterojunction Bipolar Transistor)在同一的晶片上(图2)。

　　                                  图2 BiFET 工艺

　　同时高性能的射频开关(pHEMT)共存在相同的晶体上，BiFET工艺可以用于设计多种增益链路的功放，并可以为每一增益链路进行独立的线性度和效率优化。InGaP-Plus 使得设计师能够获取功放的最优性能。

　　这项技术最初称为HELP(High Efficiency at Low Power)，设计成一个双状态(高功率与低功率)功放。不像单链路放大器，它有两个增益状态， InGaP-Plus功放可在内部对高功率和低功率进行优化。单一链路功放是不能做到的。

　　通过内部优化的HELP功放可延长手机通话时间超过25%。当然，像单一链路功放一样，可搭配一个外部 DC/DC转换器节省更多电流。但是额外电流的节省是不值得的，相比增加的费用和电路板面积。

　　在最近的进展，ANADIGICS使用了InGaP- Plus的BiFET制成设计 HELP3功放，特别推出三增益状态，允许我们分别优化三种不同的功率等级。例如，我们可优化高功率增益(通常大约28dbm)，16dBm的中度功率增益，以及在7dBm的低功率增益(图3)。

　　图3 典型的使用BiFET制成的 HELP功放的静态电流和效率曲线

　　此制成在低功率等级达到业界低于 7mA 的静态电流，那是一个非凡的进展相比单一链路功放中典型的 50mA的静态电流。

　　表1列出通过使用特殊制成的最新 ANADIGICS WCDMA 功放模块的静态电流和效率对比数据。

　　                表 1: ANADIGICS HELP3 WCDMA功放模块

　　物理，功能，电性能改进

　　除了在没有使用外部 DC/DC 转换器可以减少电流消耗， BiFET 技术使制造商集成其它功能成为可能，例如在功放芯片内集成LDO，手机制造商能够更多的减少电路板空间及进一步降低成本。

　　此技术还有另一优势：它使得制造商可将功放模块设计于更小面积上。如表1显示， ANADIGICS 现在提供业界第一个3x3mm 单频和 3x5mm 双频WCDMA HELP3功率放大器

　　HELP3技术与朝向低电压逻辑的移动手机制造商并驾齐驱。新型号的HELP功放以 1.8V 逻辑电压设计。这些功放将提供更长的通话时间，并进一步减少静态电流少于4mA。

　　此外， ANADIGICS 使用BiFET制成开发了我们称为 ZeroIC 的功放，也称为旁路功放，此类放大器可以在低于某个功率水平下完全被关闭，因此电流消耗为0，通过开关网络提供一条旁路路径到功放模块的输出端。

　　结论

　　ANADIGICS创新的InGap-Plus制成是HELP功放技术的基础。这个制成允许在同一晶体上分别优化高性能的射频开关和功率放大器。ANADIGICS已经使用这项技术提供业界第一个3x3 mm 单频和3x5 mm 双频 WCDMA HELP3功率放大器。