一種手機(jī)發(fā)射系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種手機(jī)發(fā)射系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，手機(jī)作為中轉(zhuǎn)站，承載著信息傳遞的使命。移動(dòng)通信進(jìn)入4G時(shí)代，3G、4G手機(jī)的年出貨量達(dá)到3億部。4G未來(lái)終端無(wú)線技術(shù)有幾個(gè)特點(diǎn):1)高階調(diào)制、2)寬帶、3)多載波、4)ΜΠ?)。這些特點(diǎn)在推進(jìn)信息傳遞的同時(shí)，也給終端設(shè)備帶來(lái)了新的問(wèn)題。
[0003]手機(jī)通信鏈路進(jìn)行的功耗統(tǒng)計(jì)，80 %的功耗來(lái)源于發(fā)射鏈路，而發(fā)射鏈路中，射頻功率放大器又占了 80%的功耗來(lái)源。同時(shí)，現(xiàn)代終端無(wú)線通信中普遍采用高階調(diào)制信號(hào)，例如HSPA+、LTE。其都有一個(gè)特點(diǎn):都是高峰均比信號(hào)。手機(jī)正常需要很大的回退，才能保證通話質(zhì)量，而手機(jī)射頻放大器效率隨回退量增大而降低，這就導(dǎo)致手機(jī)PA效率不高，以LTE為例在7dB回退點(diǎn)，其功率放大器(以下簡(jiǎn)稱PA)效率只有18-26%。如此低的效率，直接導(dǎo)致手機(jī)電池耗電過(guò)快，熱耗大，使得手機(jī)極容易發(fā)熱，這給用戶造成很糟糕的產(chǎn)品體驗(yàn)。電池量消耗過(guò)快，是手機(jī)的最大痛處。如何在電池技術(shù)無(wú)法突破時(shí)，提升射頻功率放大器效率，成為世界研究方向。
[0004]4G時(shí)代通信的發(fā)展，其中主要得益于LTE的商用。LTE采用了 0FDMA調(diào)制技術(shù)，提高了頻帶利用率，其峰值速率將達(dá)到lGps，最大帶寬將達(dá)到100M。目前廣泛使用的LTE頻帶達(dá)到43個(gè)Bands，覆蓋700M-3.4G。如此多的頻帶，帶來(lái)新的挑戰(zhàn):1、不同通信標(biāo)準(zhǔn)；2)不同頻段間的包容性；3)不同手機(jī)制式；4)需要更多的PA、濾波器、開(kāi)關(guān)、雙工。因此手機(jī)發(fā)射鏈路將變得異常龐大。而在眾多變化中，對(duì)射頻發(fā)射鏈路來(lái)說(shuō)是非常具有挑戰(zhàn)的。目前主流通信標(biāo)準(zhǔn)包括了 GSM、WCDMA、HSDPA、LTE、CDMA。LTE是目前所有標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)方向，其中又包括了 LTE、LTE-Advance，在LTE標(biāo)準(zhǔn)中目前存在的43個(gè)bands，需要手機(jī)廠商在發(fā)射鏈路上做多通道，以滿足各地區(qū)覆蓋多頻段多制式的通信需求。這樣手機(jī)系統(tǒng)將采用集成多發(fā)射鏈路形式，這樣一款手機(jī)往往需要4到5個(gè)發(fā)射通道，用以分別處理GSM、CDMA、WCDMA、LTE不通頻段信號(hào)，同時(shí)，隨著通道增加，還需要給每個(gè)發(fā)射通道配備濾波器、開(kāi)關(guān)、雙工器。這樣手機(jī)面積將無(wú)法縮小，而小尺寸化是現(xiàn)代通信市場(chǎng)，作為產(chǎn)品能夠被客戶接受的一個(gè)亮點(diǎn)。因此各家都在考慮如何減少射頻通道器件數(shù)目，達(dá)到優(yōu)化面積，從而使手機(jī)整機(jī)面積、體積得以縮小。但技術(shù)發(fā)展需求往往是不滿足的，除了滿足多制式多頻段外，還需要滿足未來(lái)通信載波聚合的嚴(yán)酷需求。而載波聚合將對(duì)射頻功率放大器的帶寬有很高的要求，按照國(guó)際通信發(fā)展要求，未來(lái)需要手機(jī)支持100M的寬帶射頻通信。這樣手機(jī)面臨著如何提高射頻功率放大器效率、系統(tǒng)寬帶化、發(fā)射鏈路面積小尺寸化的難題。
[0005]目前現(xiàn)階段米用最主要的方法為:米用Mult1-Mode Mult1-Band功率放大器(簡(jiǎn)稱MMMB)功率放大器；目前GaAs MMMB功率放大器占據(jù)了絕大部分市場(chǎng)，最新的ET方案也是基于GaAs MMMB功率放大器或者CMOS功率放大器作為基礎(chǔ)。
[0006]針對(duì)3G/4G應(yīng)用頻段劃分，以目前通信主流頻段900M、1800M.2100M以及2600M主要頻段細(xì)分后，可以達(dá)到12Bands。MMMB功率放大器通常會(huì)用三個(gè)到五個(gè)才能覆蓋對(duì)應(yīng)頻段。為了使得3到5個(gè)功率放大器性能達(dá)到最優(yōu)化，需要在外圍電路上做匹配電路。這樣整個(gè)發(fā)射通道面積將無(wú)法得到減少?，F(xiàn)在非ET方案都采用APT技術(shù)，因此還需要添加一顆電源管理芯片，整個(gè)解決方案占據(jù)了更大的面積。
[0007]同時(shí)MMMB功率放大器中，需要靠開(kāi)關(guān)來(lái)不停切換，來(lái)實(shí)現(xiàn)不同制式、與不同頻段的對(duì)應(yīng)。這樣射頻功率放大器效率無(wú)法達(dá)到最優(yōu)化。目前LTE數(shù)字傳輸上，7dB的峰均比，MMMB功率放大器效率只有25%，而未來(lái)需要在數(shù)據(jù)傳輸速度、以及視頻通話上進(jìn)一步加大系統(tǒng)通信信號(hào)的編碼難度，這將會(huì)使射頻功率放大器的效率更低。而現(xiàn)有的GaAs HBT功率放大器無(wú)法在現(xiàn)有系統(tǒng)框架上實(shí)現(xiàn)高效化的目標(biāo)。
[0008]再者M(jìn)MMB功率放大器都是窄帶通信系統(tǒng)，而未來(lái)通信系統(tǒng)將向軟件無(wú)線通信切換，軟件無(wú)線發(fā)射端的最大亮點(diǎn)，就是系統(tǒng)數(shù)字化，射頻信號(hào)將以數(shù)字方式在端到端間，來(lái)回傳遞。這樣系統(tǒng)需要發(fā)射鏈路具有非常寬的帶寬特性。作為GaAs MMMB PA來(lái)說(shuō)其窄帶特性決定了，其無(wú)法承擔(dān)寬帶系統(tǒng)的需求目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種手機(jī)發(fā)射系統(tǒng)，目的在于提供一種高效率、寬帶化以及減少射頻發(fā)射鏈路器件總體面積的發(fā)射系統(tǒng)。
[0010]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供
[0011 ] 一種手機(jī)發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于，包括:GaN射頻功率放大器、GaN智能升壓及調(diào)制電源模塊、數(shù)字處理單元、電池以及天線；
[0012]其中，所述GaN射頻功率放大器用于對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行功率放大，所述GaN射頻功率放大器的工作電壓為10V至50V ;
[0013]所述GaN智能升壓及調(diào)制電源模塊用于將電池電壓升壓至所述工作電壓，對(duì)所述GaN射頻功率放大器進(jìn)行高壓供電以及電源調(diào)制；
[0014]所述數(shù)字處理單元用于處理通信信號(hào)，通過(guò)收發(fā)器傳輸給所述GaN射頻功率放大器，并對(duì)所述GaN射頻功率放大器以及所述GaN智能升壓及調(diào)制電源模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。
[0015]可選地，所述GaN射頻功率放大器為寬帶GaN線性功率放大器或?qū)拵aN數(shù)字開(kāi)關(guān)功率放大器。
[0016]可選地，所述GaN射頻功率放大器的類型為分立GaN射頻功率放大器、GaN單片微波集成電路射頻功率放大器或集成射頻開(kāi)關(guān)的GaN射頻功率放大器模塊。
[0017]可選地，還包括:
[0018]濾波器，用于對(duì)經(jīng)所述GaN射頻功率放大器放大的信號(hào)進(jìn)行濾波；所述GaN射頻功率放大器處于開(kāi)關(guān)模式時(shí)，所述濾波器具體為模擬波形再構(gòu)濾波器。
[0019]可選地，所述GaN射頻功率放大器與所述GaN智能升壓及調(diào)制電源模塊的個(gè)數(shù)均為一個(gè)；所述GaN射頻功率放大器與所述GaN智能升壓及調(diào)制電源模塊相連。
[0020]可選地，所述GaN射頻功率放大器的個(gè)數(shù)為多個(gè)，所述GaN智能升壓及調(diào)制電源模塊的個(gè)數(shù)為一個(gè)；多個(gè)所述GaN射頻功率放大器并聯(lián)，每個(gè)GaN射頻功率放大器均與所述GaN智能升壓及調(diào)制電源模塊相連；每個(gè)所述GaN射頻功率放大器的輸出端分別與單個(gè)濾波器的輸入端相連，所述濾波器的輸出端依次與射頻開(kāi)關(guān)、雙工器以及手機(jī)天線相連。[0021 ] 可選地，所述GaN射頻功率放大器的個(gè)數(shù)為一個(gè)，所述GaN智能升壓及調(diào)制電源模塊的個(gè)數(shù)為多個(gè)；所述GaN智能升壓及調(diào)制電源模塊為串行連接，每個(gè)GaN智能升壓及調(diào)制電源模塊均與所述GaN射頻功率放大器相連。
[0022]可選地，所述GaN射頻功率放大器的個(gè)數(shù)為一個(gè)，所述GaN智能升壓及調(diào)制電源模塊的個(gè)數(shù)為多個(gè)；所述GaN智能升壓及調(diào)制電源模塊并聯(lián)，通過(guò)級(jí)聯(lián)方式與所述GaN射頻功率放大器相連。
[0023]本發(fā)明所提供的手機(jī)發(fā)射系統(tǒng)，其采用GaN射頻功率放大器作為發(fā)射鏈路的功率放大器。GaN器件作為第三代半導(dǎo)體在射頻PA端的代表，與GaAs比起來(lái)，GaN擁有更高的禁帶寬度、更高的擊穿場(chǎng)強(qiáng)、更高的功率密度，以及更高的熱導(dǎo)率和飽和速率。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0025](1)高效GaN射頻功率放大器。手機(jī)系統(tǒng)首要核心關(guān)注點(diǎn)在于其效率，隨著高峰均比調(diào)制信號(hào)的應(yīng)用，一方面提升了頻譜利用率，但同時(shí)也帶來(lái)了回退功率下效率低的問(wèn)題。未來(lái)通信架構(gòu)逐漸向數(shù)字化在過(guò)渡，而提升功放效率方面，傳統(tǒng)的線性功放有78%左右的天花板，很難再有進(jìn)一步的提升。在軟件無(wú)線通信的未來(lái)，數(shù)字功放將逐漸登上舞臺(tái)，Class
E、Class F等開(kāi)關(guān)功放不存在78%的限制，擁有100%的效率極限能力。
[0026]GaN射頻功率器件使用10至50V高壓供電，可以充分發(fā)揮其高效率特性，其Cds比較小，只有幾PF的量級(jí)，Rout隨頻率增長(zhǎng)變化量會(huì)比S1、GaAs材料小很多，同時(shí)作為射頻開(kāi)關(guān)功放，其開(kāi)關(guān)響應(yīng)時(shí)間非?？?，因此在數(shù)字功放中，應(yīng)用GaN作為開(kāi)關(guān)功放，效率可以得到大幅度的提高。
[0027](2)高效GaN智能升壓及調(diào)制電源模塊。采用電池對(duì)射頻功率進(jìn)行供電。在大功率情況下，其電流比較大。電源需要提供大電流負(fù)載能力；在小功率情況下，電流比較小，電源只需要提供小負(fù)載能力。假如使用單存電池供電，其導(dǎo)致電源帶載不靈活，效率不高。而采用GaN智能升壓及調(diào)制電源模塊，可以靈活的控制負(fù)載帶載能力。同時(shí)GaN開(kāi)關(guān)速度與導(dǎo)通電阻比普通開(kāi)關(guān)器件低很多。這樣使用GaN開(kāi)關(guān)器件作為控制開(kāi)關(guān)電路，電源模塊具有非常高的效率，低載下其效率比普通電源高5%左右。同時(shí)高壓電源輸出電流很小，系統(tǒng)散熱會(huì)更小，提