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TD-SCDMA三星基站3G终端PA市场基本上掌握在四强手中 CMOS PA难再为继

目前WCDMA终端PA(功率放大器)市场基本上掌握在Anadigics、Triquint、RFMD和Skyworks四家供应商手中,TD-SCDMA终端PA供应商主要有三家,即RFMD、Anadigics和中国瑞迪科(RDA)。3G基站PA供应商主要有Triquint、飞思卡尔NXP英飞凌

3G终端PA的主流制造工艺是砷化镓,CMOS工艺虽然开始渗透到RF前端,但用CMOS工艺制造出来的PA在效率和功率等方面达不到3G终端产品的设计要求,因此CMOS PA基本上将无缘3G市场。目前CMOS PA主要应用在低端GSM/GPRS手机上。

TriQuint半导体公司中国区总经理熊挺指出:“CMOS PA虽然有价格优势,但由于其工艺的局限性,功率、效率和线性度等性能一直在追赶砷化镓PA,短期内看不到后来居上的可能性。目前CMOS PA大部分用在中低端手机终端上,如山寨GSM手机。”

对于3G基站市场来说,未来的主流发展趋势也将是砷化镓PA,尽管目前GSM/GPRS基站主要采用的是LDMOS PA。

熊挺说:“今天的3G基站大部分用LDMOS PA,但未来的3G、LTE基站大部分将采用砷化镓PA。我们开发的28V砷化镓双极HVT工艺可使PA的功率达到100-200W功率,效率高达45%以上。这一性能已超过当今最好的LDMOS PA。”

WCDMA终端用PA

最近,Anadigics发布了最新型 AWT66xx系列HELP4 WCDMA单频PA,该系列PA包括AWT6621、AWT6622、AWT6624、AWT6625和AWT6628五款产品,每款产品适用于特定的无线频带。

《国际电子商情》

与该公司前一代HELP3 WCDMA PA产品相比,AWT66xx系列PA有了两个重要的改进,一是增加了线性度,而是进一步增加了输出功率、提高了效率和降低了静态功耗。

“尽管尺寸没有什么变化,仍然是3×3×1mm。”Anadigics CEO Mario Rivas说:“但HELP4 WCDMA PA的最大输出功率从前一代的28.25dBm提高到了28.8dBm,效率从前一代的40%提高到41%,静态电流从前一代的8mA大幅降低到3mA以下。”

HELP4 WCDMA PA的其它杰出性能还包括:1)包含高性能的定向耦合器,这使得系统设计师可节省一个外部耦合器;2)每款PA均与HSPA和HSPA+兼容,具有最高的速率等级;3)每款PA均具有三种模式状态,通话时可在多个功率级下获得最高的功率效率,从而可使得电池使用时间可延长高达75%,使手机有超长的通话时间;4)在关机模式下,这些产品的静态电流和泄漏电流均非常低。

Anadigics北中国区销售经理Kevin He补充道,HELP4 WCDMA/HSPA PA消耗的静态电流也不到标准的双态PA的1/3,这使得3G手机的待机时间也可得到大幅延长。

AWT66xx系列PA目前已进行批量生产,Anadigics可根据客户需求提供全套评估工具。Mario Rivas表示:“高通是我们的一个主要合作伙伴。”

TriQuint最近也推出了支持高通(Qualcomm) 3G芯片组的WEDGE PA解决方案,包括针对WCDMA手机的3×3mm TRITON分立放大器模块系列和针对GSM/EDGE手机的HADRON II PA Module功放模块TQM7M5013。

TQM7M5013是一种5×5mm四波段HADRON II功放模块,配合TRITON模块使用可提供WCDMA/EDGE手机解决方案。高度通用的TQM7M5013已被设计进今年下半年将推出的十几种3G手机终端中。

TriQuint资深销售总监Richard Lin表示:“许多基于高通和英飞凌芯片组的3G方案或终端都采用了我们的PA,而且亚洲和全球几乎所有主要的手机制造商都在使用我们的PA产品。”

TQM7M5013是基于前一代HADRON产品TQM7M5012的成功基础上开发的,TQM7M5012占全球EDGE-Polar放大器市场50%的份额。

“早期试用的主要用户很满意这款产品的性能和其集成的路线图,我们预计该产品在2010年下半年将有强劲的市场采用率。”TriQuint中国区总经理熊挺说,“我们目前在WCDMA和EDGE PA市场的份额最大,市占率第一。”

Richard Lin补充道:“到目前为止,我们的PA产品已卖出2亿5千万颗。这些产品的三大卖点是:业内最高的集成度,一些PAM产品可集成5个PA;业内最低的功耗;上市周期快,我们现在每年的砷化镓PA生产能力超过几个亿,典型交货周期仅需12周。”

TriQuint最新3×3mm TRITON分立放大器模块系列涵盖所有主要的3GPP WCDMA频段,并且具有多模式操作的能力。TRITON产品提供了极低的耗电量和优异的散热性能, 这对于目前功能丰富的智能手机和无线设备是至关重要的。TriQuint公司利用其专利制造工艺(铜凸倒装晶片CuFlip和TQBiHEMT)来设计性能、尺寸、效率均优的TRITON系列产品。

此外,随着TRITIUM III功放/双工模块TQM626028和QUANTUM II Tx模块TQM6M9014的推出,TriQuint将在其WCDMA/HSUPA解决方案中增加对3G频段的支持。特别是,TRITIUM模块TQM626028增加了对WCDMA/HSUPA Band 8的支持。此前推出的TRITIUM 功放/双工系列成员TQM616021、TQM666022、TQM676025分别支持Bands 1、2、5/6。QUANTUM模块TQM6M9014包括线性开关,用来支持WCDMA/HSUPA Band 8以及1、2、5/6。这两种产品的样品从去年4月就已开始供货。

RFMD则针对多频多模WCDMA移动手机终端推出了RF720x系列WCDMA/HSPA+功率放大器。RF720x产品系列由四个PA组成,可适应所有主要WCDMA/HSPA+频带及频带组合,并且专为匹配业界领先开放市场 3G 芯片组供应商的参考设计而进行了优化。

RFMD元件解决方案业务部总经理Paul Augustine指出:“通过实现与业界领先开放市场3G芯片组供应商的参考设计的兼容性,RF720x极大提高了RFMD拓展在3G方面领先地位的能力,同时扩展了我们的客户群,尤其是在韩国、中国及中国台湾。”

RF7200(频带1)、RF7206(频带2)、RF7203(频带3、4、9或10)及RF7211(频带11)主要用于单频带运行,而RF7201(频带1/8)、RF7202(频带2/5)及RF7205(频带 1/5)在单个模块封装中整合了两个频带特定PA。

RF720x系列中的每个PA均包含整合的输出功率耦合器,因此无需在监控及调节PA输出功率的芯片组中使用外部耦合器。该整合功率耦合器还可极大缩减前端实施×所需的板面积,并可降低移动终端BOM成本。

RF720x系列PA的主要技术特性包括:1)小型超薄封装:单频带3×3×1 mm,双频带4×5×1mm;2)3个功率模式状态,具有芯片组特定的数字控制接口;3)整合的输出功率耦合器;4)无需外部隔离或退耦电容器的高整合度模块。

RF720x系列PA的样品及预生产批量可立即提供。RFMD 从去年第四季度开始发运 RF720x PA。

三星采用RFMD WCDMA PA

三星两款量产的3G手机采用了RFMD的WCDMA/HSDPA功放RF3267和RF6266。RF3267是Band 1(1920-1980MHz) WCDMA/HSDPA功放,尺寸只有3×3×0.9mm。它集成了一个耦合器,从而允许手机设计师节省一个传统上放在PA输出端的外部耦合器。

RF6266 WCDMA/HSDPA功放支持Band 5(824-849MHz)和Band 8(880-915MHz),功能与RF3267差不多,外形尺寸也一样。组合在一起使用时,RF3267和RF6266可为针对北美和欧盟市场的多频段、多模3G手机设计提供一个紧凑的PA解决方案。

“我们很高兴三星的3G手机选用我们的WCDMA/HSDPA前端,”RFMD蜂窝产品部总裁Eric Creviston说,“我们的RF3267和RF6266 3G前端与竞争产品相比,功耗性能优越,集成度更高,它们可使得智能手机制造商开发出电池寿命更长的WCDMA/HSDPA产品。”

TD-SCDMA终端用PA

RFMD的TD-SCDMA功放至今已有二代产品。第一代TD-SCDMA功放是RF3266,已经在好几个领先的TD-SCDMA手机参考设计中中标,预计可给亚洲和欧洲的多个第一流手机制造商提供支持。今年初开发出了第二代TD-SCDMA功放RF7234,它是一个双模产品,同时支持TD-SCDMA和WCDMA Band 1。

RF7234和RF3266可在峰值功率状态提供优越的性能,满足甚至超过今天TD-SCDMA手机的各项严格性能要求。RFMD目前正在支持多个TD-SCDMA手机参考设计,包括联发科和T3G。在三星、ZTE、BYD、LG和其它领先手机制造商的推动下,预计今年TD-SCDMA手机将会有强劲的增长。

“我们正在全力扩大在高速增长3G功放市场的领导地位,”RFMD蜂窝产品部总裁Eric Creviston说,“在TD-SCDMA市场,我们看到客户对RF3266和RF7234的需求十分强劲,因此我们预计今年TD-SCDMA手机市场将有强劲增长。”

双模 RF7234(TD-SCDMA和WCDMA频段1)已经确保获得进入领先的TD-SCDMA 参考设计,并预计将支持多个在亚洲和欧洲的顶级手机制造商。

RF7234和RF3266在峰值功率条件下都具有卓越的性能、在整个频带发射掩码需求上有足够的边缘,符合或超过目前 TD-SCDMA 手机要求的关键性能指标。RFMD现支持多个TD-SCDMA 参考设计,包括MediaTek和T3G。RFMD期望今年在三星、ZTE、BYD、LG及其他领先的手机制造商的推动下实现在TD-SCDMA手机领域的稳固增长。

RFMD 蜂窝产品部总裁Eric Creviston指出,“我们现特别专注于以广阔的产品系列扩展我们在3G领域的领导地位,尤其是新兴及快速增长的市场所需求的成本和功能方面的优化。在TD-SCDMA领域,我们预计很多客户将采用RF3266和RF7234器件,并期望今年在TD-SCDMA器件领域有稳固的增长。”

Adadigics为TD-SCDMA手机制造商开发的PA产品是AWT6244,它采用了该公司的HELP3技术,不需要外部稳压器或DC/DC转换器。AWT6244采用InGaP HBT工艺制造,最大输出功率可到27.5dBm,效率可到38%,静态电流仅为8mA,关断状态下的泄漏电流小于1mA,这一优异性能使得TD-SCDMA手机的通话和待机时间都能得到大幅延长。外形尺寸也仅有3×3×1mm。

“我们的PA已经进入到ST-Ericsson、大唐电子、以及其他中国主要TD-SCDMA方案开发商的参考设计中。”Anadigics CEO Mario Rivas说。

瑞迪科针对TD-SCDMA终端开发的PA产品也有二款:RDA8202和RDA8216。RDA8202 采用砷化镓HBT工艺制造,最大输出功率可到27.5dBm,效率可到40%,可说性能表现相当优秀。美中不足的是静态电流还稍大,有65mA。RDA8216的最大输出功率也可达到27.5dBm,静态电流与RDA8202相同,唯一特出的是还集成了一个SP4T天线开关。

未来3G/4G基站PA之争

目前的3G基站基本上使用的都是飞思卡尔、NXP和英飞凌提供的LDMOS PA,因为LDMOS PA在输出功率、可靠性、功率密度和价格方面优势非常明显,但Triquint的TriPower系列砷化镓PA试图更改这一版图,因为Triquint相信砷化镓PA将成为未来3G/4G基站的主流选择。

“TriPower对基站放大器具有革命性的意义,因为传统的半导体技术无法有效满足3G和4G网络复杂的调制要求。作为GaAs(砷化镓)和GaN(氮化镓)工艺技术的领导者,TriQuint检验两种不同工艺的器件在大功率基站应用的潜力。”Triquint中国区总经理熊挺指出,“我们认为,从可靠性、成本和效率角度看,TriPower的砷化镓 HV-HBT技术是最佳选择。我们最新推出的 TriPower器件提供目前市场上最低的功耗,并支持新型、高效、塔顶远端射频头设计。TriPower技术改变了游戏规则。”

TriPower系列是Triquint最新推出的革命性高功率晶体管产品,TriPower的名称来自三个主要技术指标:高功率、高效率、高线性度。不使用TriPower技术的系统,平均效率只能接近42%;而采用TriPower技术的系统能够减少电力需求和较小规模的碳足迹,其效率达到创纪录的55%。

熊挺补充道,Triquint的砷化镓PA可使点对点微波设备通信距离高达几十公里,目前全球市场份额高居榜首的几家知名公司基站就采用我们的PA。而且TriPower射频集成电路可以很容易地使用传统的数字预失真技术来线性化。

TriQuint最新二款针对3G/4G绿色基站的PA是120W和220W的TriPower系列HV-HBT 砷化镓晶体管放大器,它们均能实现高达55%的效率。

TriPower产品在设计上采用高压异质结双极型晶体管(HV-HBT)和砷化镓工艺,有助于无线基站制造商和网络运营商提高效率,同时满足3G/4G蜂窝通信系统线性要求。当用在提高对称Doherty放大器的最大效率,两个TriQuint TG2H214120 120W器件效率可以提供大于60W WCDMA平均功率时的55%效率。由于TriPower具有极高效率,因此,运营商可将大型放大器安装在现有基站塔顶上,毋需相应增加尺寸和重量,相对地大功率放大器可以提高基站范围内所有用户的数据传输速率。

“我们认为像 TriPower这样可提高整体射频放大器功率的任何技术,未来将使业界能满足高PAR(峰均比)放大器更严格的能源需求。”市场研究机构EJL Wireless Research LLC.总裁Earl J. Lum指出,“我们预测到2013年,在出货量方面,较高的峰均比多模的3G WCDMA/HSPA和4G LTE基站,将迅速取代传统的2G GSM移动通信基站,并且其市场份额将从25%提高到超过50%。按单位出货量计算,从2008 年到2013年,高峰均比基站放大器将以每年85%的速度急剧增长。”

不过,LDMOS PA主要供应商飞思卡尔对此则有很大的不认同。飞思卡尔半导体射频部中国区营销和业务发展经理李成进指出,基于GaAs HV-HBT技术的TriPower功放最近这几年一直在希望进入基站功率放大器的领域,但一直没有成功。

他说,TriPower功放至少在以下四个方面还没有表现出对LDMOS PA的优势。第一,在可靠性方面,TriPower出来的这几年一直没有很好地向市场或客户论证它的可靠性,而移动通信的基站对可靠性和稳定性有着非常严格的要求,LDMOS被选做基站功放主流技术这么多年,这是一个重要的因素。

第二,TriPower的增益比较低,当它设计成目前主流的Doherty构架,以2.1GHz为例,增益只有13dB,而目前的LDMOS设计的Doherty增益都在约16dB,基站的功放通常模块需要约50dB的总增益,基站功放的效率要计算整个功放的效率而不是只是末级功放的效率,虽然末级功放的效率能高点,但如果末级增益低就需要更大的驱动级,这样系统的效率就未必高了。

第三,TriPower的功率密度比现在的主流的LDMOS要小20%,这样制约它不能做太大功率的功放管, 同等功率的功放管TriPower需要更大的封装。

最后,TriPower PA的价格至少是LDMOS PA三倍,价格和产业链的成熟度也是制约他发展的因素。

当然,李成进表示:“我们不能断然就否认TriPower技术就永远不可能成为市场的主流,但LDMOS技术本身也在发展,别的新的技术像更热的GaN等也都同TriPower一样很高调地宣称和很快替代LDMOS成市场的主流,但这些新的技术都出来很有一段时间并没有得到市场的认可。 到底未来的4G/LTE是哪种技术的天下,最终还是由市场说了算。”

他介绍道,飞思卡尔最近推出的第八代LDMOS功放管已经在4G/LTE基站中获得了广泛的应用。第八代LDMOS PA产品的性能相比早先的几代产品,在增益、效率、线性度以及功率密度等核心指标方面都有显著的提高,而且针对高效率的Doherty构架以及4G应用做了专门的优化。而且,飞思卡尔第八代LDMOS PA产品提供了完整的产品线供不同的4G/LTE制式和频段选择。现在全球商用和实验阶段的LTE网络中,飞思卡尔的功放管已获得大量的使用。

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