手机射频功放设计技术介绍

硅 vs III/V族器件工艺

尽管CMOS技术在过去几年得到了加强，但60%的手机功放市场仍然由III/V族制造商主导，如RFMD，Skyworks和Triquint( RFMD和Triquint合并成了现在的Qorvo)。 在实际应用中，GaAs pHEMT或者InGaP HBT是设计手机PA模块最常用的器件技术。 这些技术在截止频率、击穿电压、坚固可靠性、线性度、功率密度和过渡时间等方面都表现出了最佳的性能。

表1概述了手机射频功放设计目前所采用技术特性

表1 从PA设计角度比较各种工艺技术

乘积f T * BV（截止频率乘以漏源击穿电压）是评估技术在高功率射频应用中的符合性的有用标准。 表2提供了各种工艺的比较数据。 硅LDMOS由于其低成本、高线性，主要应用于基站射频PA市场。 基于GaN或SiC衬底上的功放技术似乎也是非常有前途的，因为它们提高了射频和热性能。 尽管线性较低，但它们的目标是与硅LDMOS竞争，特别是在WCDMA（3G）或LTE（4G）基础设施部署方面。

表2 III/V族和SiGe的性能比较表

先前的讨论提出了CMOS/BICMOS 的制造在未来几年内可能在PA市场上发挥作用的问题。 手机功率放大器领域的领先公司通常在系统封装组件(SIP)中提出多模式多波段PA模块。 这种小型化和复杂的SIP组件包括一个或几个GaAs/InGaP功率die，CMOS控制器IC和集成耦合器/信号提取器（即滤波器）。 这一趋势将在未来的现代无线终端中走向更高的复杂性。事实上，在一个单一模块上需要联合处理更多的工作频段(GSM、EDGE、WCDMA、LTE、蓝牙、WIMAX等)以及集成更多的功能(电源管理、MIMO等)。

这两项要求导致了必要的SIP叠层面积的增加，BoM物料清单（大量的PA die，无源滤波器等）以及

成本的增加。 这可能有利于单模解决方案，并强调了BICMOS技术的优点，它们的成本相对较低，性能持续良好，它们能够很容易地将功率放大器与功率检测器（滤波器）、控制器电路、传感器（例如温度探头）和同一die上的任何其他模拟/数字块共集成；而与GaAs工艺共集成是相当不切实际的。

ST微电子0.25µm的BICMOS技术介绍

工艺概述

ST微电子BICMOS 0.25µm技术(B7 RF)是一种SiGe工艺，它允许涵盖所有数字、模拟以及射频应用。 尽管要处理的物理层数量相对较高，但与最先进的CMOS对应方相比，每平方毫米的成本仍然很低。 它具有集成能力、击穿电压和射频性能之间的良好折中，因为它具有较高的衬底电阻率。 它提供了一个厚的顶部金属层(Al或铜选项)，使设计中等品质因子（即Q因子）的无源器件(在2GHz电感的Q值达到10)，并提供设计稳定可靠的电迁移(高达5uA/µm)，以及低寄生电容效应。 有源器件包括用于高速低噪声应用的MOS和SiGe异质结双极晶体管(HBT)，以及用于功率放大的横向掺杂MOS(LDMOS)和高压HBT。 LDMOS器件致力于高频应用，必须与几何相似的漂移MOS(包括LOCOS)和致力于电源管理IO（低频和高压特性）区分开来。 额外的组件，如用于功率检测的肖特基二极管也是可以用来设计的。

后面我们会更加详细地介绍ST微电子的0.25µm BICMOS工艺技术的各种类型的器件以及工艺参数。

手机射频工作原理详解：0基础也能看懂！2G、4G、TDD、FDD、CDMA

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上一篇文章，我们讲了手机射频中元器件有什么用。

链接在此：手机射频里，有哪些元器件，有什么用？

今天详细解读手机射频的工作流程

频段和模式

技术化的解释：

频段：无线通信使用的电磁波的频率。像蓝牙2.4G、5G WIFI等，讲的就是电磁波载波频率。一段频率，叫做频段。

模式：电磁波搭载数据的格式。例如2G、3G、4G就是三种不同的数据格式。

燚智能的通俗解释：

一个大叔和一个妹子一起说话，听众可以很轻易的区分出男声和女声，这是因为频率不同， 一个是低音一个是高音。

一群人在一起说话，有人说英语有人说中文，大家肯定能轻松分辨出中文说的什么。这是因为模式不同，两个相同语言的人，能够互相交流。

之所以需要不同的模式和频段，是为了让不同的无线传输产品能够同时工作。

频谱图

手机常用的频段

2G GSM（国内）：900MHz、1800MHz。（国外还有2个）

3G WCDMA（国内）：2100MHz。（国外还有3个）

4G FDD-LTE和TDD-LTE（国内）：850、900、1800、1900、2100、2300、2600。（国外还有几十个频段）。

这些频段，实际上是一段，而不是一个频点 。平时大家会用中心点取整数的频段数字，作为频段的称呼。

2G的时候，频段很少，大家还有心情起名字：GSM900、GSM850、DCS、PCS。

到3G、4G的时候，那么多频段起名字是不现实的，写频率数字又太麻烦，所以就用编号来写频段 。例如2100MHz的是Band1，850MHz的是Band5，2600MHz的有Band 38和Band41。

例如，中国移动现在的网络有2G band3.8；3G band34.39；4G band38.38.40.41。中国联通现在用的有：2G band3.8；3G band1；4G band 1.3.8.41

某3G手机射频架构分析

讲完了基础，我们挑个简单的来给大家讲讲：

平台：高通骁龙xxx（时间太久远，小编也记得不具体型号了）

支持频段：2G band2.3.5.8，3G band 1.5/8

TX是发射，RX是接收。发射的路径上有功放PA，接收的路径上有滤波器。

LB =Low Band，通常是band5.8这样的不到1G的频段。

HB =High Band，通常是band 1.2.3这样的超过1G的频段。

开关 ：3G手机只有一个天线，因此需要开关来切换不的频段。手机工作在哪个频段下，就把开关打到哪个频段上去。同时只有一个频段能工作。这一点不像动辄好几根天线的无线路由器。

2G信号流向解析

GSM是时分复用（TDD） 的网络，一会儿发射，一会儿接收，两者不能同时工作。 因此通过开关来切换发射和接收通路。

为什么 打电话的时候感觉不到断续呢？ 因为开关切换速度很快（小于1毫秒）。相当于一个人跟多个人说话，先对A说一个字，再对B说一个字，然后对C说一个字，再转回来给A再说一个字，然后是B、C，如此循环。说的够快了，每个人听到的都是自己的独立的一段话。（叫做TDMA，时分多址 ）

3G信号流向解析

WCDMA是频分复用的网络（FDD） ，发射和接收的频段略有差别 ：手机发给基站的小于2100MHz，基站发给手机的大于2100MHz，两者互不干扰，所以发射和接收可以同时使用一根天线。

双工器 负责把电磁波信号沿着2100MHz这个中心点一切为二，小的发射出去给基站，大的送给收发器解析数据。

多个手机同时打电话，怎么来区分呢？相当于一个大喇叭在广播，同时说了中文、英语、法语，中国人听懂了中文的那部分，英国人听懂了英语的那部分，法国人听懂了法语的那部分。（叫做CDMA，码分多址 ）

4G也是一样的么？

是的，4G也是一样的，FDD-LTE和WCDMA类似，TDD-LTE和GSM类似。

只不过像移动手机3模8频、全网通手机5模13频、iPhone全球版二三十个频段，整个架构图比3G手机看起来就复杂多了。

并且4G多了一个分集接收天线，用于提升接收性能，提高传输速度。

4G的元器件远多于2G

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