手机功放发展趋势探讨

依功能包括以下三大部份：

50Ω输入/输出匹配线路:以便与外围电路如压控振荡器、切换开关器(Switch)做适当的阻抗匹配与功率传送。

CMOS功率控制IC:此IC可说是PA模块的核心，其功能含：提供HBT IC直流偏压(DC-Bias)、频带选择(Band-Selection between GSM and DCS Band)、温度补偿、自我功率测量(确保PA所输出功率为基站需求值)，输出功率调整(不同之输出功率等级调整)、功率开关(在传送与接收之间做切换)及保护装置电路(避免手机使用不当，而发生损坏之现象)。  

GSM/DCS HBT PA IC：此HBT PA IC主要功能为射频信号的功率放大，目前手机PA都是利用砷化镓制程的异质结双数晶体管(GaAs Hetero-Junction-Bipolar-Transistor HBT)制造而成。在应用上，PA必须外加一控制回路才能使其运作完全符合E-GSM/DCS/PCS的标准，如图4。

             

                                              图4 功率控制回路

使用上，透过基带送一个VDAC值来设定PA所需传送出去的功率值，再利用传感肖特基二极管，测量PA的输出功率，其测量值与VDAC的值相比较，以得到一个误差电流，再经由积分器Cin积分，以决定VC的输出电压，然后，应用VC的电压值来调整PA的放大功率，如此形成一个稳定的控制回路系统，才能确保PA输出功率为基带所设定的功率值。

PA模块的演进第一代的手机PA模块是以PA为主(请参考图1)，然后在移动手机的线路设计上，再加上功率控制回路如图4(包含耦合器、肖特基二极管)，依此设计的PA称为开环PA。为了减少移动手机成本，降低能量消耗并延长电池寿命，第二代的PA模块把开环PA与其手机板上的功率控制回路合在一起，称为闭环PA，良好的设计将可延长电池的寿命，改善PA的性能及减少生产成本。

                    

                                           图5 第二代功率放大器模块

第三代PA Module则进一步整合PA后端的天线开关模块Antenna Switch(ASM)于PA模块，如图6，其中包含了pHEMT(pesudo-High-Electron-Mobility-Transistor)切换开关器与双工器(diplexer), 成为所谓的FEM前端模块。

                     

                                           图6 第三代功率放大器模块   

由于成本降低的需求，再加上A/D与D/A特性，随着CMOS制程的快速改善与进步，PA模块将非常可能进一步整合收发器中的部分电路，包括LNA(低噪声放大器)、Mixer(混频器)、PLL与VCO于前端模块中，此为可能的第四代PA模块产品，如图7所示。

                    

                                         图7 第四代功率放大器模块  

随着提高生产良率，降低生产成本之压力，PA模块的整合度将会继续增加，直到包含所有的高频功能为止。甚至进一步整合部份电源管理功能，此为可能的第五代PA模块产品，如图8所示。

                    

图8 第五代功率放大器模块

最后，为因应不同的频宽需求与系统成本的权衡，双模手机(例如GSM W-CDMA)也是未来发展趋势，所以双模PA亦会是未来可能的一项新产品。

结语

今后PA之发展将持续地整合更多的手机功能在一起，以减少手机组合时的零件数目，并增加PA的输出效率，以改善手机的性能，延长电池的使用时间及降低生产成本。另一方面，手机基频IC也将不断的整合外围IC的功能，故不久的未来，手机将非常可能只剩前端模块、后端模块(Back End)与人机界面(MMI)三大部分。