GaN組件和AMO技術實現更高效率與寬帶

隨著無線通信的帶寬、用戶數目以及地理覆蓋范圍擴展，基地臺收發器的功率放大器（PA） 部份對于更高效率的需求也不斷成長。無線功率放大器所消耗的功率超過了基地臺運作所需功率的一半。透過提高效率來減少功耗具有多項優勢，首先，最明顯的好 處是降低運營成本；同時，更少的熱意味著更低的設備冷卻需求以及更高的可靠性。如果能夠減少對于溫度升高問題的關注度，那么無線業者在因應4G和下一代技 術帶來無線資料用量大幅增加而定位建設新基地臺時，會有更大的彈性。
　　更高的效率需要4G無線訊號擁有更寬的頻帶和高線性度。為了解決這個問題，最近新創企業Eta Devices正為一項在麻省理工學院（MIT）開發的技術進行商業化開發——‘非對稱多級移相’（asymmetric multilevel outphasing；AMO）技術。AMO技術結合了移相技術的高線性度以及高效率、多層級、獨立開關的漏極偏置電壓。獨立開關漏極偏置電壓是支持寬帶寬、同時保持高效率的關鍵所在，也是這項技術超越傳統封包追蹤技術的最大優勢。圖1顯示AMO技術如何實現效率提升，超越單獨的移相技術。
　　
　　圖1：具有四種不同振幅級的AMO調變技術效率理論值，以及雙級AMO和單級移相（或稱LINC——具非線性成份的線性放大）。
　　在任何移相系統中，最大化的效率可經由單一功率放大器的性能而取得。在高功率放大器設計中，Eta Devices公司使用實際峰值漏極效率超過80%的GaN HEMT組件，因為它具有相比現有硅晶組件更好的性能——硅晶組件在相同條件下的峰值漏極效率僅勉強超過70%。
　　配合高性能 RF放大器，電源開關系統必須針對具有最小瞬變的低損耗開關而優化，系統的時序是非常重要的，它需要管理每個訊號和控制路徑中的延遲。一旦正確地進行同 步，Eta Devices的專有數字預失真（DPD）技術就成為實現4G系統相鄰信道功率比（ACPR）規范的關鍵。這種架構已經建置于多種功率級和應用中，包括用 于手機和WLAN傳送器的1W PA到用于基地臺的100W PA，并使用多種半導體材料如GaN、GaA和硅晶材料。
　　AMO與ET技術比較
　　目前有兩種透過非線性功率放大器實現線性放大功能的常用方法——移相（outphasing）和封包追蹤（ET）。移相法使用兩種作業于？定振幅的相位調變 放大器，其輸入訊號可轉換為合適的相位并送至放大器，而其輸出訊號則經由組合使訊號中相位成份的增強與刪除能夠準確復制輸入訊號。實際上，移相法需要功率 組合器為每個PA提供一致的負載，在放大器之間實現隔離，并提供高功率處理能力。這些特性可能難以實現，特別是在寬帶帶上。移相法的另一個限制是具有高峰 值平均功率比（peak-to-average power ratio；低平均功率輸出）的訊號導致效率降低，因為電阻負載耗用許多放大器功率。
　　ET 法則將RF訊號分成單獨的相位角和振幅成分。PA在飽和模式下作業，通常是開關模式之一，例如Class E。相位調變應用于RF驅動，而為PA供電的DC電源則經由振幅封包進行調變，因而使相位和振幅同時在輸出端還原。盡管ET非常普及，但仍然受到4G和 WLAN標準帶寬持續增加需求的挑戰。對于ET來說，問題的關鍵在于電源調變器，必須在許多不同的性能方面有所提升。它必須能處理大量功率且極具高效率、 高線性度、高分辨率，以及幾乎不為系統帶來任何噪聲，而且支持寬帶調變?，F代的無線標準必須不斷地增加帶寬而不折衷任何性能，使得只采用ET技術的方案前 景受到質疑。
　　AMO由于結合了移相和ET技術中提升性能時最需要的特性，因而能夠用于解決移相和封包追蹤案的設計挑戰。圖2 顯示AMO的方塊圖，其中圖2a是基本功能，圖2b則描述典型的建置方案。它首先從訊號處理開始，即為具有多級電源調變器的PA提供相位調變訊號。其輸出 結合高線性度的放大訊號，從而維持非線性PA的高效率。