在PA方面，設(shè)計(jì)師面臨很高的峰-均值比以及嚴(yán)苛的頻譜生長(zhǎng)規(guī)范的約束。Scintera Networks公司希望能以其SC1887自適應(yīng)射頻功率放大器線性器（RFPAL）系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC）來(lái)滿足這種要求，SC1887在射頻域可執(zhí)行復(fù)雜的信號(hào)處理。SC1887由標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制造，采用了該公司的千兆赫茲信號(hào)處理技術(shù)（GSP）。這種可編程模擬信號(hào)處理器（ASP）平臺(tái)，力圖降低模擬方案的功耗及實(shí)現(xiàn)更小尺寸，而這原本是數(shù)字信號(hào)處理（DSP）的優(yōu)勢(shì)。SC1887射頻輸入和射頻輸出方案支持獨(dú)立于基帶和收發(fā)器子系統(tǒng)的模塊化PA設(shè)計(jì)。SC1887的功耗小于600mW，非常適合低功率發(fā)射器。這款SoC覆蓋 698到1000或1800到2800MHz頻段。它支持的輸入信號(hào)帶寬可達(dá)60MHz、峰均值比為10dB。該芯片可實(shí)現(xiàn)將相鄰信道泄漏功率比（ACLR）改善至26dB。

對(duì)更高效率的追求，也是Nujira和RF Micro Devices（RFMD）這兩家公司開(kāi)發(fā)PA的動(dòng)力。這兩家公司稱，無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商能夠利用它們的PA開(kāi)發(fā)出可滿足世界各種傳輸標(biāo)準(zhǔn)的單一的多模、寬帶射頻前端。其PA設(shè)計(jì)主要針對(duì)4G基站，它集成了RFMD的RFG1M09180 180W氮化鎵（GaN）寬帶功率晶體管與Nujira的Coolteq.h 包絡(luò)跟蹤功率調(diào)制器。僅使用一個(gè)RFG1M器件和一個(gè)Coolteq.h模塊，這款RFMD Nujira的RF前端就可工作（發(fā)射）在728到960MHz頻段。它具有45dBm的平均輸出功率，效率在50%以上。采用RFMD 目前開(kāi)發(fā)的GaN器件，這兩家公司期望只使用三個(gè)寬帶PA就能覆蓋700至2600MHz的蜂窩頻率。

通過(guò)采用碳納米管作為PA晶體管的散熱材料，F(xiàn)ujitsu Laboratories（富士通實(shí)驗(yàn)室）公司已成功研制出工作在高頻、100W級(jí)、倒裝芯片封裝的放大器，它也是針對(duì)4G系統(tǒng)移動(dòng)基站設(shè)計(jì)的。為獲得高頻、大功率輸出和放大性能，該公司開(kāi)發(fā)出“雙面散熱”技術(shù)，晶體管芯片的兩面都可散熱。該公司介紹，這項(xiàng)技術(shù)還可以使晶體管芯片的尺寸縮小至現(xiàn)有晶體管芯片大小的2/3以內(nèi)。

使用倒裝芯片結(jié)構(gòu)，碳納米管焊球（bump）經(jīng)過(guò)放大器頂部電極和基板之間。此外，在放大器的背面加裝一個(gè)散熱器，這樣，從放大器的兩面都可將熱量帶走。為在高頻獲得高放大倍率，互連至少需10μm長(zhǎng)。富士通利用鋁-鐵（Al-Fe）膜將碳納米管延長(zhǎng)至20μm，它與板垂直。與傳統(tǒng)方法比，這項(xiàng)新技術(shù)有望將散熱效率提高1.5倍。

這項(xiàng)工作凸顯了許多移動(dòng)通信設(shè)計(jì)工程師對(duì)有效熱管理的關(guān)注。東芝（美國(guó)）電子元件公司主管微波、射頻和小信號(hào)器件的開(kāi)發(fā)經(jīng)理Homayoun Ghani表示，更高效的設(shè)計(jì)僅需一個(gè)更小的散熱器，這使得在移動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用中可采用更小更輕的器件。他指出，“接下來(lái)面臨的挑戰(zhàn)主要來(lái)自這些小器件產(chǎn)生的熱量，以及如何正確地設(shè)計(jì)一個(gè)有能力處理這些熱量的系統(tǒng)。”Ghani指出，一些系統(tǒng)集成商采用液冷技術(shù)。

在蜂窩手機(jī)集成化設(shè)計(jì)過(guò)程中，會(huì)遇到他們自身的障礙。TriQuint公司負(fù)責(zé)移動(dòng)器件的市場(chǎng)營(yíng)銷高級(jí)主管Shane Smith表示，“對(duì)于模擬集成，半導(dǎo)體公司正在開(kāi)發(fā)支持多模、多頻段工作的PA。目前，帶EDGE和GMSK調(diào)制的五頻段WCDMA需要客戶購(gòu)買6個(gè)PA。 2010-2011年，客戶將只需購(gòu)買一個(gè)PA模塊就可實(shí)現(xiàn)相同功能。”

以3G/4G融合手機(jī)架構(gòu)為目標(biāo)，TriQuint Semiconductor 提供TriQuint一體化移動(dòng)前端架構(gòu)（TRIUMF，圖3）。該模塊提供了由GSM、EDGE、WCDMA和HSPA組成的射頻功能。與標(biāo)準(zhǔn)多頻段模塊方案比，以這種方式，有望將體積減小50%。通過(guò)將4個(gè)獨(dú)立PA模塊整合在一起，TRIUMF降低了手機(jī)組裝成本。由于整合了天線開(kāi)關(guān)、模式/頻段（開(kāi)關(guān)）、開(kāi)關(guān)和雙工器的集成PA模塊會(huì)減小前端電路板面積，因而可使射頻系統(tǒng)小型化。

圖3：通過(guò)使用集成模塊替代多個(gè)分立模塊，手機(jī)制造商可以節(jié)省大量空間用于功能設(shè)計(jì)，如Wi-Fi、GPS、藍(lán)牙、照相機(jī)以及收音機(jī)等。

雖然CMOS在具成本效益的整合方面有許多顯著優(yōu)點(diǎn)，但在手機(jī)應(yīng)用中，CMOS功率放大器一直無(wú)法匹敵或超過(guò)砷化鎵（GaAs）PA的性能。 Javelin Semiconductor的營(yíng)銷副總裁Patrick Morgan解釋說(shuō)，“Axiom Microdevices開(kāi)發(fā)出基于分布式有源變換器（DAT）的2G PA架構(gòu)，DAT是一種模擬技術(shù)。ACCO Semiconductor開(kāi)發(fā)出一種用于PA的稱為MASMOS的新晶體管技術(shù)。總之，各公司試圖解決CMOS PA的挑戰(zhàn)的方法主要有以下三種：數(shù)字信號(hào)處理；新型的模擬架構(gòu)衍生；對(duì)標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝流程進(jìn)行重大變革?！?/p>

針對(duì)W-CDMA和HSPA無(wú)線通信推出的JAV5001 PA，是采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝實(shí)現(xiàn)的。JAV5001整合了基帶和收發(fā)器。在3×3mm封裝內(nèi)，它集成了功率調(diào)節(jié)、PA偏置、輸入和輸出匹配以及功率控制電路。JAV5001采用單電源供電。在W-CDMA調(diào)制時(shí)，其線性輸出功率可達(dá)28.0dBm。其增益范圍從5dB（低功率模式）到27dB（高功率模式）。達(dá)到2.5kV的人體模式（HBM） 防靜電（ESD）等級(jí)。其相鄰信道泄漏功率比（ACLR）的典型值是-40dBc（最大值是-38dBc），偏置是±5MHz。在大功率模式，JAV5001的功率附加效率（PAE）是40%；在中 功率模式，JAV5001的PAE是28%。在 2400到2484MHz，其最大噪聲是 -150dBm/Hz；在RX頻段，噪聲是-147dBm/Hz；偏置是190MHz。

隨著數(shù)字電路能處理或支持的高頻功能越來(lái)越多，最大的障礙可能在于保持模擬性能。正如TowerJazz的市場(chǎng)營(yíng)銷及業(yè)務(wù)拓展總監(jiān)Ramesh Ramchandani指出的：“力促將數(shù)字和模擬功能真正集成于一個(gè)芯片內(nèi)的IC設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)，與單獨(dú)模擬芯片比，要想從數(shù)字/模擬集成芯片中獲得預(yù)期性能是越來(lái)越難了。許多工程師在發(fā)揮創(chuàng)造力以尋找能彌補(bǔ)模擬性能不理想的電路方案。但是，其中的一個(gè)缺點(diǎn)是這里面必須包含一個(gè)額外的電路，而且為得到同等性能，可能需要額外增加電容、電阻、電感等無(wú)源元件?！边@一歷時(shí)數(shù)十年的困境仍“毫不妥協(xié)”：集成非常有必要，但不能以犧牲絲毫性能為代價(jià)。