這些年常用WiFi功率放大器

2021-01-14 射頻百花潭


在這些年的WiFi產品開發中，接觸了多種型號的射頻功率放大器（以下簡稱PA），正旗通信對WiFi產品中常用的射頻功率放大器做個匯總，供讀者參考。本文中部分器件型號是Frontend Module，即包含內PA，LNA，Switch，按不同廠牌對PA進行介紹，按照廠牌字母順序進行排列。 








ANADIGICS成立於1985年，率先開創製造高容量、低成本、高性能的砷化鎵集成電路(GaAs ICs)。ANADIGICS是領先世界的通信產品供應商。ANADIGICS為不斷發展的無線寬帶與無線通信市場，設計、製造射頻集成電路（RFIC）解決方案。公司創新的高頻率RFIC，能使通信設備製造商提高整體系統性能、減少產品的體積及重量、提高電源效率、提高穩定性、並降低製造成本及製程時間。


Part Number

Frequency

Supply(V)

Gain

P1dB

EVM @ 54Mbps

AWL6951

b/g: 2.4 – 2.5

3.3

b/g: 32

b/g:27

g: 2.9% @ +20 dBm

a: 4.9 – 5.9

a: 29

a:26.5

a: 3.3% @ +19 dBm

AWL9224

2.4 – 2.5

3 – 3.6

32

27

b: meets ACPR @ +23 dBm

g: 3.0% @ Pout = +20 dBm

AWL9555

4.9 – 5.85

+3.3

29

26

-33 dB @ Pout = +19 dBm

-36 dB @ Pout = +5 dBm

AWL6153

2.4 – 2.5

3 – 5

29.5

28

2.5% @ Pout = +21 dBm

30.5

31

3% @ Pout = +25 dBm

AWL6950

2.4 – 2.5

3 – 3.6

b/g: 32

25

g: 2.7% @ +20 dBm

4.9 – 5.9

a: 33

a: 3.6% @ +19 dBm


本文僅給出ANADIGICS的最高規格WiFi PA AWL6153的性能指標，如下圖。






這是一家從Agilent（現拆分為Agilent + Keysight）中分離出來的半導體公司，擁有 50 年的技術創新傳統。多年來，Avago開發出豐富的產品和受智慧財產權保護的產品組合，這些成就使Avago能夠在所服務的市場中脫穎出，並佔據領導地位。在WiFi產品設計中，Avago的PA市場份額相對較少。


Part NumberFrequency (GHz)Bias ConditionGainPSAT (dBm)MGA-220032.3-2.75V@500mA3532MGA-252035.1-5.95V@425mA3030


顯而易見，MGA-22003適用於2.4GHz頻段，MGA25203適用於5GHz頻段。筆者在幾年前曾經使用Atheros AR9280 + MGA25203設計過一款5GHz中等功率無線網卡，測試發現MGA25203的性能還是相當不錯的，正如其Datasheet中所描述的一樣。






EPICOM是由知名企業及創投公司集資，結合優秀研發團隊，致力於設計、開發、整合無線通訊射頻前端組件與模塊，協助系統廠商獲得競爭力的無線射頻前端解決方案。EPICOM為無自有晶圓廠的無線通訊集成電路與射頻前端模塊設計公司(Fabless IC & RF Front-end Module Design House) 。EPICOM已順利取得SGS核發的ISO9001：2000生產管理、銷售與研發設計認證。


Part NumberFrequencyGainOutput PowerEPA2414A2.4 – 2.5253% EVM at Pout=+18 dBmEPA2018A2.4 – 2.5333% EVM at Pout=+26 dBmPA53054.9 -5.920.53% EVM at Pout=+14dBm


本文僅給出EPICOM的最高規格WiFi PA EPA2018A的性能指標，如下圖。






Hittite Microwave 面向技術要求嚴苛的射頻 (RF) 微波和毫米波應用，設計和開發高性能集成電路、模塊和子系統。這些應用包括蜂窩、光纖和衛星通信，以及醫學及科學成像、工業儀表、航空航天和防務電子。憑藉近30年的經驗和創新實踐，Hittite 在模擬、數字和混合信號半導體技術領域有著深厚的積澱，從器件級到完整子系統的設計和裝配，覆蓋面十分廣泛。 Hittite Microwave於2014年被Analog Devices, Inc.（ADI）收購合併。但筆者還是更喜歡Hittite作為射頻微波器件的名稱，所以暫不更改稱呼^_^。

筆者本人並沒用用過Hittite的WiFi PA，倒是用過其他頻段Gain Block和PA，查找其官方網站，似乎也只有一款PA適用於WiFi行業，HMC408，其性能如下。






Microchip（2010年收購了SST）是全球領先的單片機和模擬半導體供應商，為全球數以千計的消費類產品提供低風險的產品開發、更低的系統總成本和更快的產品上市時間。

Mircrochip的WiFi PA常見於Mediatek（Ralink）的參考設計。

Product

Gain

Linear Power

Voltage

Frequency

SST12CP11

34

25

3.0 – 5

2.4 – 2.4

SST12CP11C

37

25

4.0 – 5.5

2.4 – 2.5

SST12CP12

34

25

3.0 – 5.0

2.4 – 2.5

SST12CP21

37

25

4.0 – 5.5

2.4 – 2.5

SST12CP33

39

25

4.0 – 5.5

2.4 – 2.5

SST12LP07

29

19.5

3.0 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP07A

28

20.5

3.0 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP07E

30

20

3.0 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP08

30

20

2.75 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP08A

29

20.5

3.0 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP14

30

20

3.0 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP14A

29

21

3.0 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP14C

32

20

3.0 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP14E

23

19

3.0 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP15

35

23

3.0 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP15A

32

22

3.0 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP15B

32

22

3.0 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP17A

28

17.5

2.75 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP17B

26

19

3.0 – 4.2

2.4 – 2.5

SST12LP17E

29

18

2.75 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP18E

25

18

2.7 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP19E

25

19.5

2.75 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP20

30

18

3 – 4.2

2.4 – 2.5

SST12LP22

27

19

2.75 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP25

27

19

2.75 – 4.2

2.4 – 2.4

SST11CP15

25.5 – 28.5

18.5 / 21

3.0 – 5.0

5.0 – 5.9

SST11CP15E

26 – 29

17.5/19.5

3.0 – 5.0

4.9 – 5.9

SST11CP16

30

21.5

3.0 – 5.0

5.1 – 5.9

SST11CP22

31

20

3.0 – 5.0

5.1 – 5.9

SST11LP12

28-34

20

3.0 – 4.2

5.0 – 5.9

SST11LF04

30

18

3.0 – 5.0

4.9 – 5.9

SST11LF05

28

17

3.0 – 5.0

4.9 – 5.9

SST11LF08

28

17

3.0 – 5.0

4.9 – 5.9

SST12LF01

29

19

3.0 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LF02

29

18.5

3.0 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LF03

28

19

3 – 4.2

2.4 – 2.5

SST12LF09

24

17

3.0 – 5.0

2.4 – 2.5


不難看出，Microchip的WiFi PA以低功率為主，僅在2.4GHz頻段有幾顆中等功率的型號。不得不說，Mircochip 的PA命名方式讓筆者感到困惑，很難從型號本身猜到其性能指標。本文給出筆者曾經用過的SST12CP11的性能指標，如下圖，還是很不錯的。


 




Microsemi Corporation總部設於加利福尼亞州爾灣市，是一家領先的高性能模擬和混合信號集成電路及高可靠性半導體設計商、製造商和營銷商。Microsemi的產品包括獨立元器件和集成電路解決方案等，可通過改善性能和可靠性、優化電池、減小尺寸和保護電路而增強客戶的設計能力。Microsemi公司所服務的主要市場包括植入式醫療機構、防禦/航空和衛星、筆記本電腦、監視器和液晶電視、汽車和移動通信等應用領域。Microsemi在發展過程中收購了多家公司，包括熟知的Actel，Zarlink，Vitesee。Microsemi的WiFi PA產品線型號較多，也多次出現在Atheros早期的參考設計中，近期的參考設計就很少出現了。

Microsemi WiFi Frontend Module

Part NumberFreq (GHz)Vin (V)Iq (mA)PALNASwitchGainPout (dBM)Pout (dBM)GainNoiseIP3(dB)@ 3% EVM@ 1.8% EVM(dB)(dB)(dBM)LX5541LL2.43.3902719N/A1325NoLX5543LU2.43.3822517N/AN/AN/AN/ASP3TLX5551LQ2.43.3902618N/AN/AN/AN/ASPDTLX5552LU2.43.3802617N/A12.525SPDTLX5553LU2.43.3822517N/A132.15SP3TLX5586ALL53.311027181712.52.66.5SPDTLX5586HLL5511028201912.52.76.5SPDT

Microsemi WiFi PA

P/N

Freq

Gain

Vin

Pout (dBM)

Pout (dBM)

Current at

(GHz)

(dB)

(V)

@ 3% EVM

@ 1.8% EVM

3% EVM (mA)

LX5511LQ

2.4

26

3.3

20

N/A

170

LX5514LL

2.4

28

3.3

20

N/A

145

LX5535LQ

2.4

32

3.3 – 5

22

N/A

275

LX5518LQ

2.4

32

3.3 – 5

26

N/A

390

LX5530LQ

5

28

3.3 – 5

23

NA

360

LX5531LQ

5

32

3.3 – 5

25

23

350

如果沒記錯的話，LX5511 + LX5530出現在Atheros AP96低功率版本參考設計中，LX5535 + LX5530出現在Atheros AP96高功率版本參考設計中，FEM多次出現在無線網卡參考設計中。LX5518則是近年應用較多的一款高功率PA，與後文即將出現的Skyworks SE2576十分接近，毫不誇張地講，Microsemi LX5518與Skyworks SE2576佔據了2.4GHz高功率WiFi市場的半壁江山。LX5518的強悍性能如下圖所示。





RFaxis是一家相對較新的射頻半導體公司，成立於2008年1月，總部設於美國加州，專業從事射頻半導體的設計和開發。憑藉其獨有的專利技術，RFaxis公司引領專為數十億美元的Bluetooth、WLAN、802.11n/MIMO、ZigBee、AMR/AMI和無線音頻/視頻市場設計的下一代無線解決方案。利用純CMOS並結合其自身的創新方法和專利技術，RFaxis開發出全球首款射頻前端集成電路(RFeIC)。

相信讀者一定了解，CMOS PA的巨大優勢就是成本低，在如今WiFi設備價格如此敏感的環境下，這是RFaxis開拓市場的利器。從RFaxis的官方上可以看到已經有多款WiFi PA，但缺少匯總數據，用戶很難快速選型。本文僅給出RFaxis主推的RFX240的性能。






RFIC的全稱是RF Integrated Corp.，中文名稱是朗弗科技股份有限公司，這家公司顯得十分低調，在其官網上甚至找不到任何有關公司的介紹，筆者也是醉了。

P/N

BAND

Gain

Linear Power

Icc

Vcc

Verf

AP1110

2.4-2.5

26

18.5

85

3.3

2.85

AP1112

2.4-2.5

30

18

105

3.3

2.85

AP1294

2.4-2.5

31/32

19/22

145/215

3.3/4.5

2.8/2.85

AP1047

2.4-2.5

33.5

22

270

3.3

2.85

AP1058

2.4-2.5

34

23/25

300/480

4.5

2.85

AP1076

2.4-2.5

33.5

22

270

3.3

2.85

EPM2426

2.4-2.5

33

23/26

335/465

3.3/4.5

2.75

EPM2428

2.4-2.5

34

24/28

468/668

3.3/4.5

2.95

AP3015

4.9-5.85

29

20/23

280/NA

3.3/5

3

AP3015P

4.9-5.85

29

15/18

340/390

3.3/5

3.2

AP3015M

4.9-5.85

29

17/18

210/170

3.3

2.9

AP5402

5.0-5.85

25

21

370

5

3.1

估計大部分國內的讀者沒有用過RFIC的晶片，筆者也只是看到一些國外的產品在用。沒有Datasheet，也沒有Brief Introduction，只能從官網上了解到部分數據，其中EPM2428是2.4GHz頻段規格最高的型號，其典型參數為：

64QAM情況下可達28dBm@EVM=3%

11b情況下可達32dBm，滿足頻譜模板

效率可達20%@28dBm

增益可達34dB

片上輸入/輸出匹配





RFMD（與TriQuint合併以後稱為Qorvo，但筆者還是喜歡稱之為RFMD，Qrovo實在是太拗口了）作為一家老牌的射頻器件廠商，相信有些讀者比我更了解，但筆者還是決定對RFMD做個簡單介紹；RF Micro Devices公司（簡稱RFMD）是全球領先的高性能射頻元件和化合物半導體技術的設計和製造商。RFMD的產品可用於蜂窩手機，無線基礎設施，無線區域網路（WLAN），CATV /寬頻及航空航天和國防市場，提供增強的連接性，並支持先進的功能。RFMD憑藉其多樣化的半導體技術以及RF系統專業技能，成為世界領先的行動裝置，客戶端和通訊設備製造商的首選供應商。


RFMD WiFi PA產品線型號非常多，幾乎可以滿足所有WiFi產品的射頻需求。


P/N

Min Freq

Max Freq

Gain

POUT

EVM (%)

Vcc (V)

Tx Icc (mA)

RF5102

2400

2500

28

21

3

3.3

210

RF5112

2400

2500

28

21

3

3.3

210

RF5117

1800

2800

26

18

3

3.3

200

RF5122

2400

2500

25.5

18

2.5

3.3

120

RF5125

2400

2500

28

21

3

3.3

210

RF5152

2400

2500

34

18

3

3.3

130

RF5189

2400

2500

25

18

4

3.3

220

RF5322

2400

2500

25.5

18

2.5

3.3

120

RF5355

4900

5850

28

17

3

3.3

140

RF5373

2400

2500

28

10

3

3.3

55

RF5602

2400

2500

34

26

2.5

5

450

RF5603

3300

3800

30

26

3

5

500

RF5616

4900

5850

30

21

3

5

250

RF5622

2400

2500

30

18

3

3.3

95

RF5623

3300

3800

32

26

2.5

5

600

RF5632

2300

2700

34

28.5

2.5

5

800

RF5633

3300

3800

34.5

28

2.5

5

1000

RF5652

2400

2700

33.5

30

2.5

5

1450

RF5722

2400

2500

25.5

18

2.5

3.3

120

RFPA2226

2200

2700

12.8

26

2.5

5

545

RFPA5026

4900

5900

8.8

25

2.5

5

670

RFPA5200

2400

2500

33

26.5

2.5

5

470

RFPA5201E

2400

2500

33.5

29

2.5

5

875

RFPA5208

2400

2500

40

28

2.5

5

590

STA-5063Z

3300

6200

14

9

3

3.3

52

STA-6033(Z)

4900

5900

24

18

3

3.3

165

SZA-2044(Z)

700

2700

25.5

22

3

5

300

SZA-3044(Z)

2700

3800

24

24

2.5

5

340

SZA-5044(Z)

4900

5900

33

21

1.8

5

330

SZA-6044(Z)

5100

5900

17.3

17

3

5

165

SZM-2066Z

2500

2700

33.7

26

2.5

5

583

SZM-2166Z

2300

2700

36

27

2.5

6

878

SZM-3066Z

3300

3800

34

26

2.5

5

730

SZM-3166Z

3300

3600

35

27

2.5

5.2

900

SZM-5066Z

5100

5900

18

25

2.5

5

800

RFPA5512

4900 MHz

5850 MHz

33 dB

11ac -? 23 dBm 11n – 25 dBm

11ac – 1.8% 11n – 3%

5V


RFPA5502

4900

5850






RFPA5522

5180MHz

5925MHz

33dB

23dBm

-35dB

5V

285mA

RFPA5542

4900

5850

33





RFPA5542B

5180

5925

33





在這些產品中，最令筆者震撼的就是RFPA5201E，其性能好到沒朋友。筆者此前開發一款10W（11n HT20 MCS7）超大功率放大器時，RFPA5201E測試數據與Datasheet中描述完全一致，如下圖。



當然，RFPA5201E的功耗也是不容小覷的，達到了可怕的1000mA，這可能也是很多廠商望而卻步的原因。 Richwave 立積電子 (Richwave Technology Corp.)成立於2004年，是專業的 IC 設計公司。公司的主要技術在開發與設計世界一流的無線射頻(RF)集成電路，公司的主要目標是在無線射頻(RF)領域成為領先全球的IC供貨商。立積電子的產品主要分為兩個產品線：一是射頻技術相關的收發器，另一個是射頻前端的相關射頻組件。

Richwave的WiFi PA多見於Mediatek（Ralink）的參考設計，眾所周知，臺灣半導體廠商喜歡在參考設計中選用臺灣的半導體器件，無源器件，這是促進本土經濟技術發展的有效手段。與RFaxis類似，Richwave官方網站也同樣沒有PA的匯總數據，只能看到其全部型號列表。



筆者在早期的WiFi產品設計中試用過Richwave的RTC6691，其性能指標如下圖所示。





Skyworks（於2011年收購了SiGe）同樣是一家老牌射頻半導體廠商，是高可靠性混合信號半導體的創新者。憑藉其核心技術，Skyworks 提供多樣化的標準及定製化線性產品，以支持汽車、寬帶、蜂窩式架構、能源管理、工業、醫療、國防和行動電話設備。產品系列包括放大器、衰減器、偵測器、二極體、定向耦合器、射頻前端模組、混合電路、基礎設施射頻子系統、/解調器、移相器、PLL/合成器/VCO、功率分配器/結合器、接收器、切換器和高科技陶瓷器件。

Skyworks同樣具有種類齊全的WiFi PA產品線，在近期的Qualcomm Atheros的參考設計中，幾乎全部使用了Skyworks的WiFi PA/FEM。


Part Number

Frequency

Gain

OIP3

P1 dB

SKY85004-11

2.4-2.5

29



SE2623L-R

2.5-2.5

TBD

—

TBD

SE2622L

2.4-2.5

31.5


26.5

SKY65900-11

2.4-2.5

TBD


34

SKY65174-21

2.4-2.5

35

—

—

SKY65162-70LF

0.4-2.7

20

46.5

28

0.4-2.7

15

43

30.2

0.4-2.7

13.2

43.5

29.5

0.4-2.7

13.2

43.8

30

SKY65131

2.4-2.5

26

—

28

SE2623L

2.4-2.5

33

—

32

SE2609L

2.4-2.5

28

—

25.5

28

25.5

SE2605L

2.4-2.5

33

—

32

SE2604L

2.4-2.5

32

—

30

SE2598L

2.4-2.5

28

—

26.5

SE2597L

2.4-2.5

28

—

26.5

SE2576L

2.4-2.5

33

—

32

SE2574L

2.4-2.5

28

—

25

SE2574BL-R

2.4-2.5

27

—

25

SE2568U

2.4-2.5

27

—

25

27

25

SE2568L

2.4-2.5

27

—

25

27

25

SE2565T

2.4-2.5

31

—

30

SE2528L

2.4-2.5

33

—

26.5

34

28.5

SE2527L

2.4-2.5

33

—

26.5

34

28.5

SE2425U

2.4-2.5

28.2

—

—

SKY85405-11

5.15-5.93

TBD

—

TBD

SKY85402-11

5.15-5.9

32

—

29

SE5023L

5.15-5.85

32

—

34

SE5005L

5.15-5.75

27

—

25

SE5004L

5.15-5.85

26

—

34

SE5003L1-R

5.15-5.85

32

—

32

SE5003L

5.15-5.85

32

—

29

SE2567L

4.9-5.9

30

—

25

SE2537L

4.9-5.9

28

—

25


2010-2012年間，也就是運營商大力建設WLAN網絡的年代，Skyworks的SKY65174 + SE5004是絕大部分室外型大功率無線AP的首選，其優異的性能遠遠領先於競爭對手。直到現在，5GHz 的11n的大功率設計似乎也只能選擇SE5004，11ac的大功率設計只能選擇SE5003-L1，也足以說明5GHz頻段高功率，高線性度PA的設計難度。本文給出Skyworks的4款名稱產品的性能數據。


 

SKY65174性能

SE2576性能

SE5004性能

SE5003-L1性能



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  • 低頻功率放大器的介紹
    低頻功率放大器的介紹低頻功率放大器，它是用來放大低頻信號功率的，由於它通常處於低頻放大器的最後一級，也稱為末級放大器。它是變壓器耦合五極管功率放大線路所組成單管功率放大器，通常工作於甲類。（一）低頻功率放大器的工作過程其工作過程與低頻電壓放大器相似，電壓放大和功率放大雖然都是放大器，但是對功率放大器的主要矛盾方面不是大的電壓放大量，而是獲得足夠的音頻功率推動終端負載（揚聲器、耳機等）工作。當柵極引入音頻信號電壓時，在陽極變壓器初級中將有相應的交變陽流流過，並在次級電路中產生交變電流，使終端負載獲得音頻交流功率而工作。
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