浅析功率放大器，从概念到选型

01 功率放大器PA的职能

在射频电路中，功率放大器扮演着至关重要的角色。它主要负责将微弱的信号进行强效放大，以满足传输要求，如增加传输距离。在发射电路中，这一作用尤为显著。尽管射频收发芯片内已集成了一定数量的放大器，但其输出功率仍有限，因此常需外接功率放大器来进一步提升信号强度。

随着智能手机技术的进步，为适应LTE多频段需求并满足轻薄化趋势，手机中使用的功率放大器大多采用模块化集成方式。这些模块通常包含多路功率放大器，并集成了双工器，因此也被称为PAD（即PA与Duplexer的结合体）。

02 功率放大器PA的分类

功率放大器可根据其工作状态（电流导通角）分为七类：A类、B类、AB类、C类、D类、E类和F类。每种类型都有其独特的应用场景和性能特点。

按照制造工艺的不同，功率放大器主要可分为四种：砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）、锗化硅（SiGe）以及互补金属氧化物半导体（CMOS）。在射频功率放大器的领域中，砷化镓工艺依然占据着主导地位。

03 功率放大器PA的参数

① 工作频率

功率放大器的工作频率，即其能够有效工作的频率范围，通常被称为工作频段。这个范围对于功率放大器的性能至关重要。

② 功率

功率放大器的功率涉及输入功率（Pin）和输出功率（Pout）两个指标。输入功率代表信号源提供的能量，而输出功率则反映了放大器将信号放大的程度。

③ 增益

增益是功率放大器的一个重要参数，表示输出功率与输入功率的比值（Pout/Pin），通常以分贝（dB）为单位进行度量。增益平坦度（ΔG）则衡量了在一定温度条件下，整个工作频率范围内增益的变化范围。其计算公式为：ΔG=±（Gmax-Gmin）/2。

④ 非线性

非线性是功率放大器性能的另一个关键指标，主要用1dB压缩点来衡量。在线性功率放大器中，输出功率与输入功率保持线性关系，但随着功率的进一步增加，放大器将进入非线性区域，输出功率不再按比例增加。当增益下降到比线性增益低1dB时的输出功率，被称为1dB压缩点，以P1dB表示。

⑤ 阻抗

功率放大器的重要参数之一是阻抗，包括输入阻抗（对应输入端口）和输出阻抗（对应输出端口）。此外，驻波比（VSWR）也是反映传输线与负载之间匹配程度的关键指标。

⑥ 电源

功率放大器的电源参数对其性能至关重要，主要包括工作电压、工作电流、功耗以及效率（η）。其中，效率η定义为射频放大器的输出功率与直流供电功率之比，其计算公式为：

η = 输出功率 / 直流供电功率

这一指标反映了功率放大器在能量转换过程中的有效性。

其中PO代表电源输出至负载的功率，而PDC则是放大器直流电源所消耗的功率。

⑦ 控制接口、电平与逻辑

需确认功率放大器的控制信号接口是否与射频收发芯片或MODEM的I/O接口相匹配。同时，要确保PA的控制电平与射频收发芯片或MODEM的电平保持一致。此外，还需仔细核对控制逻辑表（即真值表，用于控制功率放大器的开关、频段和增益等状态）是否与射频收发芯片或MODEM的驱动配置相吻合。

04 功率放大器PA的选型

在选型过程中，需综合考虑多个关键参数。

① 工作频段

根据产品需求，选择相应频段的功率放大器。

② 功率

评估功率放大器的最大输出功率，确保其满足项目对最大输出功率的要求。同时，也要根据射频收发芯片输出端口的功率来评估功率放大器的输入功率，以防输入功率过载。

③ 增益

通过评估射频收发芯片输出端口的输出功率和产品最大输出功率，来合理选择功率放大器的增益，以保证产品输出功率的需求。

④ 非线性

选择非线性产物指标更小的功率放大器，以提高性能。

⑤ 阻抗

依据射频收发芯片的端口阻抗，来选定功率放大器所需的阻抗。

⑥ 电源

评估功率放大器的工作电压和功耗，结合产品的整体电源规划、转换效率及成本等因素，来选择合适的功率放大器。

⑦ 控制接口

需仔细核对功率放大器的控制接口类型、电平以及逻辑控制表，确保与射频收发芯片或MODEM的要求一致，以避免不必要的转换和误差。

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