3G/LTE手机射频前端的集成之路

作者：孙昌旭

在今年的IIC上，Triquint宣布推出新一代针对3G和4G智能手机的双频带功放双工器（PAD）。该新型 TRITIUM Duo(tm) 系列在单一紧凑模块中结合了两个特定频带的功率放大器（PA）和双工器，有效地替代了多达12个分立器件。并且可以跨平台自由匹配流行的频带组合。“一个四频解决方案（两个TRITIUM Duo(tm)模块）尺寸仅为50平方毫米，是同等分立方案尺寸的一半，为多频多模的3G/4G手机留下更多保贵的空间给其它应用，比如增加更多功能或将电池做得更大。”TriQuint中国区总经理熊挺表示，“并且，高度集成方案也简化了设计。”

针对目前多频多模的3G/4G手机，多颗射频前端器件的方案不仅成本高，占位面积大，而且也给设计带来不便。如何集成这些不同频段和制式的射频前端器件是业界一直在研究的重要课题。“目前有两种方案：一种是融合架构，将不同频率的射频功率放大器PA集成；另一种架构则是沿信号链路的集成，即将PA与双工器集成。两种方案各有优缺点，适用于不同的手机。”熊挺解释。融合架构，PA的集成度高，对于3个以上频带巨有明显的尺寸优势，5-7个频带时还巨有明显的成本优势。缺点是虽然PA集成了，但是双工器仍是相当复杂，并且PA集成时有开关损耗，性能会受影响。而对于后一种架构，性能更好，功放与双功器集成可以提升电流特性，“大约可以节省几十毫安电流，相当于延长15%的通话时间。”他解释道。“所以，我们的建议是，大于6个频段时（不算2G，指3G和4G）采用融合架构，而小于四个频段时采用PA与双工器集成的方案PAD。我们TriQuint公司可提供两种架构的方案。”他总结道。而据悉，另两家主流的射频器件厂商RFMD主要偏向于融合PA的架构；而Skyworks偏向于多频PAD方案。

此次，TRITIUM Duo(tm)可以说是在后一种架构上又有了很大的改进，因为它里面集成了两个PA与两个双工器。相比前一代的TRITIUM（集成一个PA与双工器）是一个更大的飞跃。“并且，通过采用新工艺和封装技术，2个功率放大器和2个双工器集成到了一个模块，尺寸比单频带的PAD还要小，成本也相当有优势。”熊挺表示。

他这里指的新工艺和封装是指采用了TriQuint专有的倒装晶片CuFlip(tm)技术，以铜凸块取代丝焊，取代金线，从而节省了占板空间并降低成本，而且消除了噪声辐射线，极大地提高了系统性能。此外，铜凸块比传统互连技术的散热性要更好。该集成的倒装晶片技术 BiHEMT功率放大器裸片，可实现优异的电流特性，从而可提升手机的通话时间。

另一个更重要的创新是TRITIUM Duo中的滤波器采用了晶片级封装（WLP）技术，取代了之前昂贵的陶瓷封装，使成本下降，且尺寸也大幅减小，取消了发射SAW滤波器。此外，PAD模块中还集成了高性能体声波（BAW）和表面声波（SAW）双工器功能。

{pagination}

小标：高度集成而不牺牲性能

“移动设备的射频部分在复杂度和尺寸两个方面不断发展，因为新设备必须支持多个频带和多个模式。这些复杂的前端包括对四频EDGE和双频WCDMA及对LTE的支持。”ANADIGICS市场营销与业务开发副总裁Jerry Miller在谈到射频技术的趋势时表示，“随着制造商从单频和双频功率放大器走向集成度更高的解决方案，出现了两种设计范式。”他称。一种射频设计理念是对频带和模式进行横向集成，使设备设计师可以混合和匹配双工器和其他分立元件。另一设计方法则是沿着射频链进行集成，使设计师可以选择优化的功率放大器和双工器配对。

针对这两种设计途径，ANADIGICS开发了多模式多频带功率放大器MMPA和双频功率放大器双工器PAD两个系列的产品。这两个系列的产品都可以使制造商以不同方式实现相同的效益。具体而言，这些设备有助于降低整体物料成本 (BOM)，简化布局，减少布线空间，加快上市步伐。

Jerry Miller特别强调了以客户为中心的发展策略，如何集成要随着客户的需求而设计。“我们认为，在射频市场取得成功的关键是对射频部分进行垂直和水平双向智能集成，比如MMPA和PAD。智能集成还可以确保我们的产品既拥有必要的集成度，又不会牺牲性能。我们看到，有竞争对手尝试垂直集成射频区和混合信号区，结果却以性能大幅降低为代价来达到提高集成度的目的。”他说道。

ANADIGICS推出了多模式多频带功率放大器，为四频GSM/EDGE和双频WCDMA/LTE移动应用提供了一种单模块解决方案。MMPA外形紧凑，面积仅为5 mm × 7.5 mm，内置一个稳压器和独立的单端射频链。同时内置高定向性耦合器，为获得最佳系统性能提供了保障。ANADIGICS最近又推出了全新的双频功率放大器双工器。通过将先进的HELP3E(tm)功率放大器与高性能双工器完美结合，ANADIGICS新型PAD前端模块系列可带来极佳的射频性能和更长的电池使用时间，同时还能降低设计和装配复杂度。新型PAD模块采用紧凑型4.5 mm × 6 mm封装，内置2个独立的射频路径，是尺寸最小的3G / 4G双频模块，可节省40%以上的PCB占用空间。这两个产品系列都依赖于高级InGaP-Plus(tm)技术和智能集成战略，在不牺牲性能的情况下节省了大量空间。

他特别强调，业界向LTE的转变不会改变现有的3G功率分布曲线，却增加了数据使用量，这就要求功率放大器能够更频繁地在高功率模式下工作。但更频繁地在高功率下使用会带来更大的挑战，使得高输出功率下难以实现更高的效率。ANADIGICS正在开发新产品，以保持在现有的DG09功率分布曲线下世界一流的性能，同时具备在高功率模式下的出色效率。“我们发现，在高输出功率下，效率每提高5%到10%，功率效率就会提高40%到50%，这对于延长LTE智能手机的电池使用时间极为重要。”Miller指出。

本文来自《电子工程专辑》2012年5月《智能机与平板》增刊，为本刊作者原创，谢绝转载。