2017年中国射频功率放大器主要应用领域分析及砷化镓占据PA 主流产值

  射频功率放大器(Power Amplifier, 简称 PA)是化合物半导体应用的主要器件,也是 无线通信设备射频前端最核心的组成部分。射频前端(RF Front End)是用以实现射频信号 发射与接收功能的芯片组,与基带芯片协同工作,共同实现无线通讯功能。射频前端包括功 率放大器(Power Amplifier)、开关(Switch)、滤波器(Filter)、双工器(Duplexer)、低噪 声放大器(Low Noise Amplifier)等功能构件,其中核心器件是决定发射信号能力的射频功 率放大器芯片。PA 芯片的性能直接决定了手机等无线终端的通讯距离、信号质量和待机时 间,是整个通讯系统芯片组中除基带主芯片之外最重要的组成部分。

射频功率放大器主要应用领域

  射频前端功能组件围绕 PA 芯片设计、集成和演化,形成独立于主芯片的前端芯片组。 随着无线通讯协议的复杂化及射频前端芯片设计的不断演进,PA 设计厂商往往将开关或双 工器等功能与功率放大电路集成在一个芯片封装中,视系统需求形成多种功能组合。目前 PA 芯片除实现发射信号功率放大功能外,往往会集成开关器或双工器,进而演化出 TxM (PA+Switch) 、PAiD(PA+ Duplexer) 、PAM(多 PA 模组)等多种复合功能的 PA 芯片类 型。

手机结构示意图

RF 前端细分结构示意图

  化合物 PA 芯片是射频前端市场的主流产品。PA 主要有化合物工艺的砷化镓/氮化镓 PA 和硅工艺的 CMOS PA。砷化镓 PA 芯片相对于硅工艺 CMOS 芯片具备高频高效率等特点, 目前广泛应用于手机/WiFi 等消费品电子领域,其射频性能虽略逊于氮化镓射频器件,但成 本和良率方面存在相对优势,完全可以满足民用需求;GaN PA 具有最高的功率、增益和效 率,但成本相对较高、工艺成熟度低于砷化镓芯片,目前主要用于远距离信号传送或高功率 级别(例如雷达、基站收发台、卫星通信、电子战等)射频细分市场和军用电子领域。CMOS PA 采用普通硅基集成电路工艺制造,由于与主流半导体(硅)制造工艺兼容,易于集成射 频控制逻辑单元,近年来在 2G 手机和低端 Wifi 等消费电子领域出现爆发性增长,但始终受 限于材料性能,只能应用于对线性度、频率和效率等方面要求较低的低端应用,无法满足复 杂通讯系统的性能要求。随着无线网络频率范围不断向高频扩展及无线通讯系统频带分布的 复杂化,化合物半导体射频芯片的优势地位未来仍将维持。

2010-2020年全球 PA 市场化合物 PA 与 CMOS PA 产值预测(单位:百万美元)

 

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责任编辑:刘纪鹏_HN320
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