ISSN 
-
自1947年Alcatel-Lucent Bell实验室的W.B.Shockley等人发明了点触型晶体管以来，半导体材料、器件、集成电路及系统如雨后春笋不断发展和完善，据此形成的电子信息产业已成为影响全球经济的主要因素之一[1]。其中，作为现代无线通信系统射频前端的核心器件—射频微波功率放大器芯片是制约系统性能的关键部件。
在无线通信系统中，需使用功率放大器将调制信号以较大的功率形式发射出去，功率放大器芯片（下称功放芯片）的效率、外形尺寸等由基站或终端等载体的限制条件决定；功放芯片的发射规范由各种相互独立的无线通信协议、标准决定，包括发射频率、带宽、发射功率、线性度等，这些要求规定了射频微波功放芯片的性能指标。例如采用高阶调制技术的5G通信系统，其高信号峰均功率比对功放芯片的效率与线性度提出了苛刻的要求[2]；新一代移动智能终端特别强调功放芯片的高效率，以延长终端的待机与通信时长[3]；基站、中继器等要求功放芯片要有高输出功率，以保障信号的传输距离[4]；军用雷达系统则要求功放芯片具有宽带宽和高集成度，在保障军事用途的前提下降低系统的体积，以提升其在战场上的高机动性和生存率[5]。综合分析各领域的共性需求可知，业界对高频率、高线性度、高效率、宽带宽、高集成度的功放芯片需求巨大，相关研究具有显著的工程应用价值和经济效益，已成为高校、科研所等机构的研究热点。
射频微波功放技术相关的综述类文献是研究者们快速学习和了解功放研究现状的重要渠道，例如，文献[6]主要分析与讨论了不同工艺器件所设计的功放芯片在不同频段所呈现的特性，包括输出功率、效率以及增益等；文献[7]综述了用于5G移动通信系统基站的高功率放大器技术，并在文章中展望了GaN器件的发展前景。文献[8]与文献[9]则讨论了功放芯片设计中常用的线性化改善技术。文献[10]介绍了不同类型的晶体管功率放大电路的结构、工作原理以及影响其效率的主要因素；文献[11]综述了各类谐波控制型功放的特点及其发展现状，并指出了该类型功放的发展趋势；文献[12]综述了GaAs和GaN射频收发多功能芯片的发展状况，简述了其中功率放大器的设计方法，但该文献并非一篇针对射频微波功放芯片技术的综述。阅读以上综述类文献可知，现有综述均只针对功放芯片设计的某一个技术点开展论述，缺乏从多个技术点、多个角度总体论述射频微波功放芯片技术的综述类文献，难以为研究者们提供功放芯片相关技术的全面介绍与参考。
本文针对目前需求最广泛的五种主流射频微波功放芯片技术—高频功放芯片研制技术、功放芯片线性度改善技术、高效率功放芯片设计技术、宽带功放芯片设计技术、高集成度功放芯片封装技术进行综述。从阐述各种技术的基本原理、实现方式出发，介绍国内外对这五种主流射频微波功放芯片技术的研究进展和亟待解决的关键问题，旨在为现代无线通信系统射频前端集成的功率放大器芯片研发提供方法总结与设计参考，并基于目前应用研究的现状讨论其发展趋势与行业走向。
本文的组织结构安排如图1所示，包括引言、功放类型划分与实现工艺概述、射频微波功放芯片技术研究进展与亟待解决的工程问题、射频微波功放芯片技术发展趋势、全文总结。
图 1 本文的组织结构图
-
功率放大器（下称功放）本质上是将直流能量转化为射频能量的器件，在过去近百年的研究中，研究者们根据功放工作方式的不同，将其划分为线性类功放和开关类功放。
-
线性类功放根据晶体管导通角的不同，分为A类[13-15]、B类[16-18]、AB类[19-21]和C类[22-24]，其基本架构与特性划分如图2所示。
图 2 线性类功率放大器基本架构与特性划分
A类功放的晶体管在信号的全周期内导通，理论上其线性度最好，但由于其直流偏置点高，致其最大效率仅50%。B类功放的直流偏置点设置在晶体管导通开启电压附近，只有当输入信号为正向摆幅时晶体管导通，导通角理论上为全周期的一半，其最高效率可达78.5%。AB类功放导通角处于A类和B类之间，效率根据导通角的不同而不同，其最高效率亦介于A类与B类之间。如果在B类功放的基础上继续减小导通角，当全周期的导通角减小至B类的一半以下时，就形成了C类功放，理论上C类功放效率可达100%，但因其导通角为0时，功率输出也为0，因此C类功放中的100%效率无法为实际的功放设计提供有效参考。由于导通角的不同，A类、B类、AB类及C类功放在效率、基波功率及谐波功率上有不同的表现，可总结为：随着导通角变小，功放的理论最高效率由50%逐渐提高至接近100%；从A类到B类的变化中，导通角的变小并没有引起基波能量的减小；从B类到C类变化中，基波输出功率逐步减小。因此，线性功放大多设计在AB类，其优势是具有较高的效率和基波输出功率，同时兼具良好的谐波特性。
-
在理想的开关类功放中，当输入电压为正，晶体管打开，电流通过晶体管，此时晶体管两端电压为0；当电压为负，晶体管关闭，此时输出电压开始建立，但流过晶体管的电流为0。因这类功放作为开关使用时晶体管本身不消耗能量，理论上开关类功放可以达到100%的效率。然而在实际使用中，由于开关的非理想特性和器件的寄生效应，晶体管并不能达到理想开关效果，也就无法避免电压与电流的部分交叠，从而造成效率的损失。另外，如果谐波能量处理不当，也会引起能量损失。为了使开关类功放的效率不断逼近100%，设计者们提出了多种不同的开关类型功放，主要包括D类[25-27]、E类[28-30]、F类[31-33]以及J类[34-36]功放，如图3所示。
图 3 开关类功率放大器基本架构与特性划分
D类功放由文献[37]首先提出，其基本结构为一对开关管M1及M2，以及谐振在基波频率的调谐负载，由于该谐振负载的存在，输出电流波形为半正弦波，谐波分量中电压与电流交叠为0，使得理想D类功放无谐波功率耗散，从而理论上可达到100%的效率。文献[38]提出了E类功放，相对于D类功放更适用于高频条件，其由工作于开关状态的晶体管、负载匹配网络构成，作为开关，晶体管可在恰当的时间点进行off和on的切换。文献[39]首先提出了F类功放的概念，随后文献[40-42]对F类功放的原理和设计方法进行了更进一步阐述。F类功放源自对B类功放过激励情况的研究，其通过对谐波阻抗的控制，使奇次谐波阻抗开路，偶次谐波阻抗短路，得到方形的电压波形和半正弦的电流波形。由于二者分别只含有奇次和偶次谐波，因此谐波功耗为0，在理想情况下可得到100%的效率。同理，也可以将电流构造成方波，电压构造成半正弦波，同样在理论上效率可达100%，这样就形成了逆F类功放。J类功放[43]的设计思路仍然是利用谐波阻抗的控制，减少电压与电流交叠部分，以提升功放的效率。与F类功放通过控制不同谐波分量的幅度来构建方波与半正弦波不同，J类功放是通过控制二次谐波的相位，使二次谐波与基波之间形成叠加，从而减小电压与电流之间的交叠，其在实际工程中更容易实现，并具有较好的宽带特性。
-
基于以上不同类别的功放，它们的集成电路实现方式—射频微波功放芯片可以通过一系列不同材料与工艺来实现，而射频微波功放芯片的性能，特别是高频性能依赖于半导体材料与工艺的特性[44-46]。目前用于设计射频微波功放芯片的主要半导体材料有单元素Si、Ge等第一代半导体材料；Ⅲ-Ⅴ族化合物GaAs和InP等第二代半导体材料以及宽带隙GaN和SiC等第三代化合物半导体材料。这些半导体材料制作的器件用于功放芯片设计时具有不同的特性。表1为当前主流射频微波功放芯片所采用的半导体材料特性。
表 1 当前主流射频微波功率放大器芯片工艺材料特性
单元素半导体（第一代） Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体（第二代） 宽禁带半导体（第三代） 材料 Si Ge GaAs InP GaN SiC 禁带宽度（eV） 1.12 0.7 1.4 1.35 3.39 3.26 能带跃迁类型 间接 间接 直接 直接 直接 直接 相对介电常数 11.5 16 12.8 12.5 9 10 击穿电场（MV/cm） 0.3 0.3 0.4 0.5 3.3 3 饱和电子速度（106cm/s） 10 6 20 22 22 20 电子迁移率（cm2/V·s） 1200 3800 6500 4600 1250 800 空穴迁移率（cm2/V·s） 420 1400 320 150 250 115 热导率（W/cm·K） 1.5 0.6 0.5 0.7 1.3 4.9 制造成本 低 较低 高 较高 非常高 非常高 -
功放芯片的性能往往受制于半导体材料特性，特别是功放芯片的高频特性。从表1可知，半导体材料技术的发展可分为单元素半导体、Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体、宽禁带半导体三个阶段，图4展示了不同半导体器件的适用工作频率。
图 4 不同半导体器件的适用频段
上世纪50年代，基于第一代半导体材料实现的晶体管取代了电子管，普遍用于制造低压、低频、中/小功率晶体管和光电探测器，包括单元素半导体硅（Si）和锗（Ge）等。从图4可知，基于Si CMOS工艺的射频微波功放芯片主要设计在低频应用场景下，例如汉天下公司推出的HS8269G功放芯片，在GSM850/EGSM900标准下输出功率达34 dBm，功率附加效率（Power Added Efficiency, PAE）达42%，在DCS1800/PCS1900标准下输出功率达到31 dBm，PAE达到35%[47]。
至上世纪70年代，第二代半导体材料应运而生，即Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体，包括砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）等。第二代半导体材料在拥有高品质的载流子输送特性的同时，兼具高耐压, 高功率，纵向电流特性和良好的衬底特性，提高了器件设计的灵活性，可满足高频、高功率功放芯片设计与实现的基本要求[48]。2020年Fang Zhu等人基于0.1 um GaAs PHEMT工艺设计了一款工作在84-100 GHz的功放芯片[49]，其Psat（饱和输出功率）达到22.3 dBm，芯片尺寸仅为1.78×1.15 mm2。2022年Liangliang Liu等人采用0.15 um GaAs PHEMT工艺实现了一款27-32 GHz的三级级联型功放芯片[50]，该芯片增益达到25.5 dB，P1dB（增益1 dB压缩点对应的输出功率）为28.5 dBm, PAE达到36%。
第三代半导体材料又被称为宽禁带半导体材料，其目的是为满足现代无线通信系统对高频率、高电压、高输出功率的迫切应用需求。相比于前两代半导体材料，其具有更高的热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率和宽禁带宽度等优点，在业界应用前景广泛[51]。其中GaN是在现代高频无线通讯系统中功放芯片设计与制造的首选工艺。2022年Paolo等人基于GaN工艺设计了一款用于高质量卫星通信的K波段功放芯片[52]，在17.3-20.2 GHz，其输出功率达到40 dBm，PAE达到45%。2016年日本富士通公司Y.Niida等人采用80 nm的InAlGaN/GaN工艺研制了一款W波段功放芯片[53]，其采用两级级联结构，在86 GHz连续波模式下Psat达到1.15 W。
图 5 不同工艺实现的不同频段功放芯片
-
随着下一代无线通信系统对更高频率的要求与日俱增，在更高工作频段，上述各代半导体材料的射频微波特性都会出现不同程度的恶化，即使是第三代化合物半导体材料实现的功放芯片也会随着频率的提高逐渐显得“力不从心”。解决该问题的关键是需要尽快找到下一代、符合更高频率功放芯片性能设计要求的半导体材料。第四代半导体材料如金刚石、氧化镓等虽然呼之欲出，但一直存在争议，如氧化镓的高频特性与热导率一直饱受诟病。在2021年的“IEEE全球国际芯片导线技术会议”上通过了将石墨烯定位为下一代新型半导体材料。石墨烯以其高频稳定性、高载流子迁移率、热稳定性等优势获得了广泛的关注。但由于该材料过于稳定的物理结构，以至于在加工时必须采用更复杂的EUV光刻设备，否则易出现翘曲、破损等现象，故如何量产不同尺寸的石墨烯晶圆成为下一个高频功放芯片时代的开启密钥之一[54]。
-
线性度作为功放的一个重要指标，通常用来反应功放输出信号的相对失真程度，一直以来受到高质量无线通信系统的重点关注。特别是现代无线通信系统，为了最大化利用频谱资源，出现了非等幅信号调制方法，如高阶QAM调制[55]、CDMA[56]及OFDM[57]等，其包络信号幅度不再恒定不变，而是承载通信信息。由于这些高阶调制信号中的幅度与相位均带有信息，因此须对信号进行线性放大，才能使幅度、相位信息不失真地进行传递。若功放线性度恶化，则会对不同幅度、相位的信号呈现出不同的响应，即产生非线性失真，使幅度失真 （Amplitude Modulation- Amplitude Modulation, AM-AM）、相位失真 （Amplitude Modulation- Phase Modulation, AM-PM）、三阶交调失真 （3rd order intermodulation distortion, IMD3）等指标恶化，直接影响系统的通信质量。目前主流的功放芯片线性度改善技术包括：负反馈技术、预失真技术等。
1） 负反馈技术
负反馈技术是将功放输出信号反馈到输入端，降低放大器输入信号功率，以降低其输出功率，从而将功放限制在线性区。图6（a）所示为典型的功放负反馈原理图，其放大器输出信号由两部分组成：增益为A的线性放大信号和非线性失真信号d（t），则该放大器的输出信号如式(1)所示，反馈信号如式(2)所示，输入信号考虑反馈信号后的合成信号如式(3)所示，如果放大器的增益远大于反馈因子，即A>>K，则有式(4)成立。
$$ {v}_{out}=A{v}_{e}\left(t\right)+d\left(t\right) $$ (1) $$ {v}_{r}\left(t\right)=\frac{{v}_{out}\left(t\right)}{K} $$ (2) $$ {v}_{e}\left(t\right)={v}_{in}\left(t\right)-{v}_{r}\left(t\right) $$ (3) $$ {v}_{out}\left(t\right)=K{v}_{in}\left(t\right)+\frac{Kd\left(t\right)}{A} $$ (4) 由此可见，负反馈技术是通过降低増益来达到改善线性度的目的。2019年，D. Ren等人采用180 nm CMOS工艺，基于负反馈电阻、交叉耦合电容与导数叠加技术设计实现了一枚驱动功放芯片[58]，其在45-
2500 MHz频段内的IMD3小于−37.23 dBc。2021年，Peng Lin等人采用0.1 µm GaN HEMT工艺设计实现了一款功放芯片[59]，结合驱动级负反馈技术提升了功放的线性度，其在22-27 GHz频段内的小信号增益达24 dB，饱和输出功率达31.6 dBm。然而，采用上述在芯片内直接对射频信号进行负反馈处理的方法，很难避免各种寄生效应的影响；此外，式(3)假设输入电压vin(t)与反馈合成电压vr(t)之间无时延，而这种假设在髙频下显得难以成立，因此，负反馈技术更适用于低频功放芯片的线性度改善。
图 6 主流功放线性化技术
2） 预失真技术
预失真技术是在功放前增加与功放非线性特性相反的预失真模块，对即将通过放大器的输入信号进行“预先失真”处理，使其与后续放大器产生的非线性失真相抵消，如图6（b）所示为预失真技术原理图。
预失真技术是一种开环线性化技术，分为两种实现方式，即数字预失真[60]和模拟预失真[61-62]。数字预失真首先需精确测得功放的非线性特性，然后适当调整预失真发生模块输出信号的幅度和相位，使之与功放的非线性特性相反，以此来获得系统整体线性度的改善。该方法精度高，线性化特性好，但数字预失真模块无法集成在狭小的功放芯片中，亦不适用于小型化、低功耗、高集成度的射频前端。因此，模拟预失真技术成为了射频微波功放芯片线性度改善的首选。2018年，S. M. Weng等人基于90 nm CMOS工艺，采用模拟预失真技术实现了一款四路合成功放芯片[61]，其采用差分反馈方法对晶体管进行增益补偿，在48.5-63.5 GHz频段内，其输出功率达到18.9 dBm，IMD3小于−40 dBc。2022年，S. Alluri等人采用5 nm CMOS工艺，基于模拟预失真技术，将输入级放大器设计为自适应可调谐模块，成功补偿了功放芯片的AM-AM和AM-PM失真，实现功放线性工作范围1-2 dB的扩展[62]。
-
目前，射频微波功放芯片线性度改善技术主要面临两大问题，第一个问题为线性度改善电路/模块在射频微波功放芯片中的小型化与集成问题，即如何实现线性度改善电路与其它电路的单片集成，且不影响功放芯片的射频、温度等基本特性。如前述数字预失真模块如何集成在功放芯片中，且不影响功放性能；第二个问题为高线性度与高效率无法兼顾的问题，该问题一直没有得到根本上的解决，导致往往在对线性度和效率均有高要求的应用场景下，设计者们需要折中考虑，无法设计出理想高线性度的功放芯片。因此，还需要研究和拓展出新结构、新方法来从根本上解决问题。
-
关于功放效率的研究贯穿了整个功放技术的发展历程[63]，功放的本质是把直流能量转化为大功率的射频信号，其效率反应了功放的转换能力，所以“效率”是功放芯片设计中另一个备受关注的指标。功放的效率一般有两种定义方式，即功率转化效率（η, Efficiency）和 PAE，其中PAE的定义将输入功率纳入考虑，只计算经过功放后“增加的”功率部分与直流功耗之间的比值，因此PAE也成为业界广泛用于评估功放效率的指标，其计算公式为：
$$ PAE=\frac{{P}_{out}-{P}_{in}}{{P}_{DC}} $$ (5) 由式(5)可知，如果PDC被完全转化为基波射频能量Pout，在Pin较小可忽略的情况下，PAE理论上可以达到100%。但在实际的功放芯片电路中必然会有一部分PDC被转化为谐波能量Pout,nf以及直流耗散能量Pdiss，因此，PDC可以表示为:
$$ {P}_{DC}={P}_{out,f}+\sum _{n=2}^{\infty }{P}_{out,nf}+{P}_{diss} $$ (6) 因此，高效率功放芯片设计技术的理念是将式(6)中的谐波能量和直流耗散能量优化至最小。
1） 波形塑造技术
为减少谐波能量和直流耗散能量对效率的恶化，对输出电压波和电流波进行塑造，控制电压与电流之间的时延关系，从而提升功放效率的技术被称为波形塑造技术，也被称之为“波形工程（Waveform Engineering）”。其中，F类、逆F类和E类开关型功放芯片是波形塑造技术的典型代表，其基本架构和塑造后的理想输出波形如图3（b）和（c）所示。2020年，G. R. Nikandish等人基于250 nm GaN工艺设计实现了一款可重构多模式F类功放芯片[64]，该芯片实现了在多种模式下对2、3次谐波的高抑制度，其在4.8 GHz输出功率达到28.5 dBm, 峰值PAE达到42%，平均PAE达到30%。2022年，T. Dinc等人基于BiCMOS工艺设计了应用于V、E波段雷达的功放芯片[65]，其提出了一种双极点E类匹配网络，实现了一款在79 GHz输出功率达到17 dBm、PAE达到30.5%的两级级联型功放芯片，以及一款在63 GHz输出功率达18.1 dBm、PAE达34.7%的单级功放芯片，该效率和输出功率在该频段处于业界领先水平。
2） Doherty技术
Doherty技术最早由W.H.Doherty于1936年提出，该结构是在一个调制周期内使得功放阻抗产生变化，从而大幅度提高功放的能量转换效率。经典的Doherty功放电路原理图如图7（a）所示，其一般由主功放和辅功放两路组成。主功放输出由一段四分之一波长微带线进行阻抗转化，为保证两路信号的相位一致性，在辅功放之前也加入了一段四分之一波长微带线进行相位补偿。2022年，H. Gao等人基于130 nm SiGe工艺设计了一款毫米波Doherty功放芯片[66]，其提出了一种基于变压器结构的输出匹配网络，使该功放芯片在28 GHz输出功率达到22.9 dBm，在6 dB回退点PAE达到17.4%。同年，E. Heidebrecht等人基于150 nm GaN工艺，采用对称结构设计了一款Doherty功放芯片[67]，其在17.3-19.3 GHz输出功率达到37.2 dBm，在5 dB回退点PAE达到24%。
3） 自适应偏置技术
自适应偏置技术因其稳定性高、易于集成的特点已被广泛应用于提升射频微波功放芯片的能量转换效率，其工作原理图如图7（b）所示。图中射频输入信号的一部分馈入自适应偏置电路，其中晶体管的基-射极电压随输入功率的变化产生的变化可以补偿功放中晶体管基-射极电压的波动，从而使功放稳定工作在预设的偏置点处，达到稳定和提升功放能量转化效率的目的。2021年，Y. Jin等人基于65 nm CMOS工艺，采用自适应偏置技术，实现了一款用于5G通信的功放芯片[68]，其在24.29 GHz连续波信号输入情况下，Psat达到18.7 dBm，PAE达到37.2%。同年M. M. R. Esmael等人采用28 nm CMOS工艺，设计了一种利用FET叠加中间节点匹配技术，结合自适应偏置技术实现了一款功放芯片[69]，其在18-37.5 GHz范围内Psat最大可达16.8 dBm，峰值PAE达到41%。
图 7 主流功放芯片效率提升技术
-
高效率射频微波功放芯片研究主要面临的问题与线性度改善技术类似，即功放设计中高效率与高线性度无法兼顾的问题，设计者们往往需要折中考虑，因而无法设计出理想高效率的功放芯片。如F类功放芯片本质上为B类功放芯片的拓展，其效率固然较高，但因其导通角小而存在难以保障线性度的问题。因此，尚需研究拓展出新结构、新方法以从根本上解决该高效率与高线性度无法兼顾的问题。
-
“宽带”一词在无线通信领域极具影响力，高品质现代无线通信系统都在追求宽带化，功放芯片自然也不例外。功放芯片的带宽一般是指增益带宽，这是对增益平坦度的要求，只要增益的变化在要求的范围内就都认为在带内，因此增益带宽一般情况下比“3 dB 带宽”更窄，也在实际应用中更有意义。带宽扩展技术就是为了在不降低增益平坦度要求下尽量拓展带宽。常见的功放芯片带宽扩展技术除了传统的集总参数器件或者分布式器件实现的宽带匹配技术外，还包括负反馈技术、分布式放大器设计技术、平衡式放大器设计技术等。
1） 负反馈技术
正如2.2章节的线性度改善技术所提及，负反馈结构同样可以为带宽扩展提供帮助。如图6（a）所示，当反馈通路的阻抗远远大于输出阻抗时，其对于带宽的拓展作用主要表现为该通路可使晶体管低频增益降低，而由于高频增益变化相对较小，即减小了低频和高频之间的增益差，从而使得增益带宽增加，可理解为其是一种牺牲增益换取带宽的做法。2021年K. Wang等人基于100 nm GaN-on-Si工艺，采用负反馈技术实现了一款宽带三级级联型功放芯片[70]，其在24-31 GHz内实现了输出功率大于34 dBm，增益达到27 dB，PAE高于35.8%。
2） 分布式放大器设计技术
晶体管的寄生电容效应由器件工艺决定，是制约放大器带宽的主要因素之一。分布式放大器设计技术是将晶体管的寄生参数融入电路之中，构造“人造微带线”，如图8（a）所示，在输入端构造晶体管栅极“人造微带线”，在输出端构造漏极“人造微带线”，构造出的“人造微带线”等效为 LC 阶梯网络，具有很高的截止频率，因此分布式放大器结构可以理解为用延时换取了带宽。2022年，N. D. Makwana 等人基于0.15 um GaAs HEMT工艺，采用分布式功放架构设计了一款超宽带高增益功放芯片[71]，其实现了在1-18 GHz频段内增益大于26 dB。
3） 平衡式放大器设计技术
平衡式放大器设计技术由两路单独的放大器和一对定向耦合器组成，通过定向耦合器的隔离、耦合以及宽带特性实现对功放性能的提升，其基本架构如图8（b）所示。采用平衡式架构的功放，其稳定性、输入/输出驻波比、增益平坦度均具有良好的参数表现，且对系统失配不敏感，该技术已被学者们尝试应用在功放芯片设计中。2022年，Z. Li等人针对毫米波5G应用，基于130 nm SiGe BiCMOS工艺设计实现了一款平衡式功放芯片[72]，其将正交耦合器设计成螺旋结构，实现了在24-30 GHz频段内输出功率大于19.62 dBm，PAE大于15.6 %，平均增益为25.9 dB。
图 8 主流功放芯片带宽扩展技术
-
宽带射频微波功率放大器芯片设计技术主要面临亟待解决的问题是宽带化电路在射频微波功放芯片中的实现与集成的问题，即如何将宽带化电路与其它电路单片集成。如宽带匹配网络电路往往需要较多器件实现，特别是需要微带线实现的宽带匹配网络电路，其更难在芯片中集成与实现；平衡式功放架构则需要集成输入以及输出耦合器等，这给芯片设计、封装工艺均提出了很高的要求。因此，宽带功放芯片的高集成度设计方法仍然是研究重点，拓展出更简洁、有效的宽带功放架构也迫在眉睫。
-
功放芯片的制造工艺流程有数百道，其中芯片的封装为流程的最后一步，不仅起到芯片内键合点与外部进行电气连接的作用，也为功放芯片提供了一个相对安全、稳定的内部工作环境，从而保障功放芯片产品具有高稳定性和可靠性。
1） 主流的功放芯片封装工艺
目前主流的功放芯片封装工艺包括：平面网格阵列封装 （Land Grid Array, LGA）、球形触点阵列封装 （Ball Grid Array, BGA）以及方形扁平无引脚封装 （Quad Flat No-lead Package, QFN）。LGA工艺封装底部分布均匀的电极触点，能够有效降低芯片与PCB间的寄生效应，同时具备较高的芯片抗翘曲能力，在功放设计领域常用于封装大功率功放芯片。2019年，Liang Lin等人将基于LDMOS工艺实现的Doherty功放MMIC Die采用LGA工艺封装[73]，封装后的芯片尺寸仅为7×7 mm2。该功放在2.7 GHz增益达到27 dB、峰值输出功率达到10 W、PAE达到41%，整体性能业界领先。BGA封装是在LGA封装的基础上通过增加焊球触点来代替传统的引脚，在相同体积下芯片底部的端口数量成倍上升，同时信号传输延迟小，散热性能亦得到了提高。2016年，Ankur Gupta等人将基于28 nm CMOS工艺实现的功放MMIC Die采用BGA工艺封装[74]，封装后的芯片尺寸为13×13 mm2，其在1 GHz实现了19 dBm的输出功率，焊球间距0.8 mm，焊球直径0.5 mm，有效的改善了该功放芯片散热问题。相比之下，QFN封装的底板中央会设计一个大面积外露的焊盘用于导热，因此其散热性能相对最佳，亦适用于大功率功放芯片的封装。2022年，Bo Zhao等人采用QFN封装工艺实现了一款S波段GaN HEMT功放芯片[75]，其在2.7-3.5 GHz频段内输出功率达到34.3 dBm，PAE达到54.8%，封装后的芯片尺寸仅为4×4 mm2，具备了良好的散热性能和高集成度。
图 9 主流功放芯片封装工艺
2） 目前的先进芯片封装工艺
除以上主流高集成度功放芯片封装工艺外，近年来芯片市场上还涌现出几种先进封装工艺，包含晶圆级封装（Wafer Lever Package, WLP），2.5D封装和3D封装等。晶圆级封装其本质是在晶圆完成加工后，在其被切割之前即进行封装[76]，封装后的芯片尺寸可逼近裸片大小，并具备超薄的特点。2022年，苹果M1 Ultra发布会上表示将推出采用基于晶圆级封装工艺实现的InFo（Integrated Fan-out）芯片，用于定制Apple Silicon。但这并非苹果公司第一次使用WLP工艺，2016年，苹果的iphone 7手机首次联合台积电推出基于WLP工艺的相关芯片即被称为业界的第4次技术革命。目前WLP封装工艺已经成功应用于各种不同功能的产品，如基带处理器、电源管理模块、射频收发器等[77]，并已被行业内公认可运用到下一代功放芯片封装中。
2.5D封装采用Interposer工艺，即若干个裸片（MMIC Die）并排列在基板上，通过硅通孔（Interposer, TSV）、再分布层（Redistribution Layer, RDL）、微凸点（Bump）工艺等，实现Die与Die、Die与封装基板间更高密度的互连，从而进一步提高芯片集成度。台积电的CoWos（Chip-on-Wafer-on-Substrate）和英特尔公司的EMIB（Embedded Multi-Die Interconnect Bridge）都是基于这种工艺的衍生，如图10所示。
图 10 2.5D集成电路封装工艺
3D封装技术是在2.5D封装工艺的基础上继续进行更多地堆叠，其本质是在不改变封装体尺寸的前提下，在同一个封装体内于垂直方向叠放两个以上Die的封装工艺[78]。理论上，3D封装技术信号传输更快、集成度相对最高，但该工艺也存在散热困难、强电磁耦合效应以及高成本的缺点，这也成为目前全球3D封装技术还未成熟的主要原因之一。
-
高集成度射频微波功率放大器芯片封装技术主要面临亟待解决的问题是功放性能与高集成度之间的矛盾，这几乎是目前已知所有封装工艺的关注焦点。典型代表即为最先进的3D封装技术，虽然其理论上可以实现相对最高集成度，但加剧了高功率、高频率功放芯片的散热和电磁耦合问题。因此，功放芯片的设计者们需要反复筛选、斟酌，折中考虑相对适合自己设计的封装工艺，而现有封装技术始终难以完全实现功放芯片的最佳性能，因此，亦需研究拓展出新封装结构、新集成工艺，从根本上解决功放芯片的性能与高集成度难以兼容的问题。
-
根据以上五种主流射频微波功率放大器芯片技术的国内外研究现状分析可知，高效率、线性化技术受到较多关注，取得的研究成果也相对较多。高频率、宽带化以及高集成度技术近年来也取得了不少新的研究成果。虽然国内外研究人员对功放芯片的高功率技术也开展了研究，但由于其应用面相对较窄，因此研究成果亦相对较少。综上可见，虽然近年来针对射频微波功率放大器芯片技术的研究取得了长足进展，但现阶段仍有不少问题亟待解决，可以预测射频微波功率放大器芯片技术的发展趋势与行业走向主要有以下几个方面：
1） 高频化
未来的6G移动通信、下一代物联网系统、卫星通信导航定位等应用需求的日益凸显，射频微波功率放大器芯片的工作频率必然将走向越来越高的频段，对应所需的新一代半导体材料开发也迫在眉睫。
2） 宽带化
随着无线通信系统对宽带化需求日益迫切，射频微波功率放大器芯片的宽带化趋势也成为必然，倍频程乃至多倍频程宽带射频微波功率放大器芯片的设计需求将会与日俱增，当前窄带射频微波功率放大器芯片的市场势必将会逐步被宽带射频微波功率放大器芯片所取代。
3） 高效率兼顾线性度
未来行业内对射频微波功率放大器芯片性能的需求不再单一化，解决射频微波功率放大器芯片的效率与线性度无法兼顾的问题已迫在眉睫，全新的理论与结构将会被研究与提出，下一代射频微波功率放大器芯片的行业标准之一即高效率兼顾线性化。
4） 高功率
下一代无线通信系统中的基站和智能化终端都将需要高功率的射频微波功率放大器芯片来提高通信距离。虽然高功率化不像其他的功放芯片性能应用需求那样普遍，但也在一些特殊应用场合具有不可替代的地位与价值，因此高功率化也应在未来射频微波功率放大器芯片技术的研发蓝图中占有一席之地。
5） 高集成度
高集成度、小型化设计一直以来都是芯片行业孜孜不倦的追求，未来射频微波功率放大器芯片设计也不例外，为迎合下一代无线通信系统对基站、终端、中继器等小型化、电磁兼容的设计需求，未来对射频微波功率放大器芯片的行业要求也会“越来越小”。
-
随着通信电子科学技术的发展，射频微波功率放大器芯片技术的研究与应用越来越广泛，其巨大的应用潜力正逐渐呈现。本文首先阐述了当前五种主流射频微波功率放大器芯片技术的基本原理，对五种关键技术的特点进行分析，然后分别对五种关键技术研究现状和亟待解决的关键问题进行了总结，最后结合国内外研究现状讨论了射频微波功率放大器芯片技术的发展趋势与行业走向。希望本文能为射频微波功率放大器芯片技术的研究与应用提供有益参考。
Research progress and development trend of radio frequency/microwave power amplifier chip technology
-
摘要: 在对射频微波功率放大器芯片的概念、类型与实现工艺进行全面综述与分类的基础上，聚焦其高频化、线性度改善、能量转换效率提升、带宽扩展以及高集成度封装等关键技术的研究现状与亟待解决的技术问题，深入分析并讨论了各项关键技术的主流实现方式、典型研发案例以及相关应用利弊，旨在为现代无线通信系统射频前端集成的功率放大器芯片研发提供方法总结与设计参考。最后对射频微波功率放大器芯片技术的发展趋势与行业走向做出了展望。Abstract: Based on a comprehensive review and classification of the concepts, types, and realization processes of radio frequency/microwave power amplifier chips, the research status and urgent technical problems of key techniques such as high frequency, linearity improvement, energy conversion efficiency improvement, bandwidth expansion and highly integrated packaging and so on, are focused on. The mainstream realization of each key technology, typical cases of research and development, as well as the advantages and disadvantages of the relevant applications, are also analyzed and discussed in depth, targeting to summarize the methodology and provide design reference for the research and development of radio frequency front-end integrated power amplifier chips for modern wireless communication systems. Eventually, the development trend of radio frequency/microwave power amplifier chip technology and the industry direction are outlooked.
-
表 1 当前主流射频微波功率放大器芯片工艺材料特性
单元素半导体（第一代） Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体（第二代） 宽禁带半导体（第三代） 材料 Si Ge GaAs InP GaN SiC 禁带宽度（eV） 1.12 0.7 1.4 1.35 3.39 3.26 能带跃迁类型 间接 间接 直接 直接 直接 直接 相对介电常数 11.5 16 12.8 12.5 9 10 击穿电场（MV/cm） 0.3 0.3 0.4 0.5 3.3 3 饱和电子速度（106cm/s） 10 6 20 22 22 20 电子迁移率（cm2/V·s） 1200 3800 6500 4600 1250 800 空穴迁移率（cm2/V·s） 420 1400 320 150 250 115 热导率（W/cm·K） 1.5 0.6 0.5 0.7 1.3 4.9 制造成本 低 较低 高 较高 非常高 非常高 
下载: 导出CSV
-
[1] BARDEEN J, BRATTAIN W H. The transistor, a semi-conductor triode[J]. Phys Rev, 1948, 74(1): 29-30. [2] FENG M, SHEN S C, CARUTH D C, et al. , Device technologies for RF front-end circuits in next-generation wireless communications[J]. Proceedings of the IEEE, 2004, 92(2): 354-375. doi: 10.1109/JPROC.2003.821903 [3] SUGIURA T, YOSHIMASU T, 25-GHz-band high efficiency stacked-FET power amplifier IC with adaptively controlled gate capacitor in 45-nm SOI CMOS[C]//2022 IEEE Topical Conference on RF/Microwave Power Amplifiers for Radio and Wireless Applications, Las Vegas: PAWR, 2022: 26-28. [4] KENNEY J S, LEKE A. Design considerations for multicarrier CDMA base station power amplifiers[J]. Microwave Journal, 1999, 42(2): 76-77, 79-80, 82, 84, 86. [5] MA08509D[EB-OL]. http://www.macom.com/DataSheets/ MA08509D.pdf. [6] HADZIABDIC D, KROZER V, Power Amplifier Technology at Microwave and Millimeter-Wave Frequencies: an Overview[C]//2008 German Microwave Conference, Hamburg, Germany, 2008: 1-8. [7] YAMANAKA K, SHINJO S, KOMATSUZAKI Y, et al. Overview and Prospects of High Power Amplifier Technology Trend for 5G and beyond 5G Base Stations[J]. IEICE Trans. Electron., 2021, 104-C: 526-533. [8] ZOHNY A, RASCHER J, FISCHER G, et al. A classification and comparative overview of state-of-the-art analog linearization techniques for integrated CMOS power amplifiers[C]//2012 IEEE International Conference on Wireless Information Technology and Systems, ICWITS, 2012: 1-4. [9] NAIR M V D, GIOFRE R, PIAZZON L, et al. An overview of RF power amplifier digital predistortion techniques for wireless communication systems[J]. Electronics, measuring equipment, radio engineering and communication, 2012, 2(26 [10] 高友福. 晶体管功率放大电路综述[J]. 长江工程职业技术学院学报, 2005, 22(02): 42-45+47. GAO Y F. A summary of transistor power amplification circuit[J]. Journal of Changjiang Engineering Vocational College, 2005, 22(02): 42-45+47. [11] 李霄枭, 于洪喜. 高效率谐波调谐功率放大器的发展综述[J]. 电讯技术, 2021, 61(01): 117-124. LI X X. Development Overview of High Efficiency HarmonicTuned Power Amplifiers[J]. Telecommunication Engineering, 2021, 61(01): 117-124. [12] 彭龙新, 邹文静, 孔令峥等. GaAs及GaN微波毫米波多功能集成电路芯片综述[J]. 固体电子学研究与进展, 2023, 43(02): 121-135. PENG L X, ZOU W J, KONG L Z, et al. Review of GaAs and GaN Microwave and Millimeter-waveMultifunctional MMICs[J]. RESEARCH& PROGRESS OF SSE, 2023, 43(02): 121-135. [13] LAI W C, Two-stage Class-A power amplifier with RF frontend for transmitter wireless applications[C]//2021 IEEE MTT-S International Microwave and RF Conference, KANPUR: IMARC, 2021: 1-4. [14] GUPTA P, PRADHAN N, JANA S K. Design of CMOS based Class-A power amplifier for C-Band applications[C]//2018 International Symposium on Devices, Circuits and Systems, Howrah: ISDCS, 2018: 1-4. [15] RAD R E, KIM S, RIKAN B S, et al. A high power high efficient 5.8 GHz CMOS Class-A power amplifier for a WPT application[C]//2021 Twelfth International Conference on Ubiquitous and Future Networks, Jeju Island: ICUFN, 2021: 184-186. [16] TAMRAKAR V, DHAR S, SHARMA T, et al. Investigation of input-output waveform engineered high-efficiency broadband Class B/J power amplifier[J]// IEEE Access, 2022, 10: 128408-128423. [17] SENGUPTA A, MANDAL M K, PAK R. Design of a Class-B power amplifier at 2.4 GHz with improved harmonic suppression[C]//2018 IEEE MTT-S International Microwave and RF Conference, Kolkata: IMaRC, 2018: 1-4. [18] 金晨, 陈伟, 王志宇等. X波段GaN高效率连续B类功率放大器芯片设计[J]. 哈尔滨工业大学学报, 2021, 53(06): 77-85. JIN C, CHEN W, WANG Z Y, et al. Design of X-band GaN high-efficiency continuous class B power amplifier[J]. Journal of Harbin Institute of Technology, 2021, 53(06): 77-85. [19] PAZHOUHESH P, Kitchen J. A broadband Class AB power amplifier with second harmonic injection[C]//2020 IEEE 14th Dallas Circuits and Systems Conference, Dallas: DCAS, 2020: 1-5. [20] ZHANG Z, PIACIBELLO A, CAMARCHIA V. Efficiency versus linearity trade-off in an S-band class-AB power amplifier[C]//2023 IEEE Topical Conference on RF/Microwave Power Amplifiers for Radio and Wireless Applications, Las Vegas, 2023: 26-28. [21] GAO H, XU X, YANG Y, et al. A high linearity Class AB power amplifier for Sub-1 GHz applications[C]//2022 IEEE MTT-S International Wireless Symposium, Harbin, China: IWS, 2022: 01-03. [22] MONTASERI M H, AIKIO J, RAHKONEN T. Design of Stacked-MOS Transistor mm-Wave Class C Amplifiers for Doherty Power Amplifiers[C]//2018 IEEE Nordic Circuits and Systems Conference: NORCHIP and International Symposium of System-on-Chip (SoC), Tallinn, Estonia: NORCAS, 2018: 1-5. [23] 郑丽群, 杨维明. 一种GaN的C类功率放大器设计[J]. 物联网技术, 2016, 6(06): 48-51+55. ZHENG L Q, YANG W M. Design of a Class C power amplifier for GaN[J]. Internet of Things Technologies, 2016, 6(06): 48-51+55. [24] SAMAL L, MAHAPATRA K K, RAGHURAMAIAH K. Class-C power amplifier design for GSM application[C]//2012 International Conference on Computing, Communication and Applications, Dindigul, India: IEEE, 2012: 1-5. [25] LI C, DAI Y J, ZHU H X, et al. Class D power amplifier based on waveform predistortion technology[C]//2022 International Conference on 3D Immersion, Interaction and Multi-sensory Experiences, Madrid, Spain: ICDIIME, 2022: 6-9. [26] TANG B, DENG J, ZHOU C, et al. Design of a highefficiency Class-D audio power amplifier[C]//2020 International Conference on Artificial Intelligence and Electromechanical Automation, Tianjin, China: AIEA, 2020: 385-391. [27] SARKAR S. Adaptable Class-D power amplifier based power modulation and data transfer technique for biomedical systems[C]//2021 43rd Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine & Biology Society, Mexico: EMBC, 2021: 7562-7565. [28] ZHAO Z, ZHU X. Broadband Class-E power amplifier design employing a double reactance compensation matching network[C]//2022 Asia-Pacific Microwave Conference, Yokohama, Japan: APMC, 2022: 689-691. [29] XU J, TONG Z, RIVAS-DAVILA J. 1 kW MHz wideband Class E power amplifier[C]//2021 IEEE 22nd Workshop on Control and Modelling of Power Electronics, Cartagena, Colombia: COMPEL, 2021: 1-6. [30] ZHANG H, SHAO Y, MA C, et al. A high-power density finite Class E power amplifier with “Edge Inductor” for wireless power transfer application[C]//2020 IEEE 9th International Power Electronics and Motion Control Conference, Nanjing, China: IPEMC2020-ECCE Asia, 2020: 1001-1005. [31] ZHU Q, GAO J, LIU Y. A bandpass Class-F power amplifier based on terminated coupled lines filter for 5G application[C]//2022 IEEE Conference on Antenna Measurements and Applications, Guangzhou, China: CAMA, 2022: 1-3. [32] HONG Z H, RAN C, SUN L L, et al. Design of 2.3~3.7GHz broadband hybrid continuous Class F power amplifier[C]//2022 IEEE 5th International Conference on Electronic Information and Communication Technology, Hefei, China: ICEICT, 2022: 318-322. [33] JOSHI R, LIU M H, HSU S S H. A high efficiency compact Class F GaN MMIC power amplifier for 5G applications[C]//2020 50th European Microwave Conference, Utrecht, Netherlands: EuMC, 2021: 1103-1106. [34] GAO W, LUO Y, SHEN C, et al. Design of Class-J power amplifier with dynamic matching network for 5G frequency band[C]//2020 IEEE 20th International Conference on Communication Technology, Nanning, China: ICCT, 2020: 472-475. [35] NASRI A, ESTEBSARI M, TOOFAN S, et al. A 3-3.8 GHz Class-J GaN HEMT power amplifier[C]//2020 23rd International Microwave and Radar Conference, Warsaw, Poland: MIKON, 2020: 416-419. [36] WU K W, FENG W, ZHOU X Y, et al. Broadband high efficiency quasi-continuous Class-J power amplifier[C]//2021 IEEE MTT-S International Wireless Symposium, Nanjing, China: IWS 2021: 1-3. [37] BAXANDALL P J. Transistor sine-wave LC oscillators. Some general considerations and new developments[J]. Proceedings of the IEE-Part B: Electronic and Communication Engineering, 1959, 106: 748-758. doi: 10.1049/pi-b-2.1959.0141 [38] SOKAL N, SOKAL A. Class E-A new class of high-efficiency tuned single-ended switching power amplifiers[J]. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 1975, 10(3): 168-176. doi: 10.1109/JSSC.1975.1050582 [39] SNIDER D M. A theoretical analysis and experimental confirmation of the optimally loaded and overdriven RF power amplifier[J]. IEEE Transactions on Electron Devices, 1967, 14(12): 851-857. doi: 10.1109/T-ED.1967.16120 [40] RAAB F H. Class-F power amplifiers with maximally flat waveforms[J]. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 1997, 45(11): 2007-2012. doi: 10.1109/22.644215 [41] RAAB F H. Maximum efficiency and output of class-F power amplifiers[J]. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2001, 49(6): 1162-1166. doi: 10.1109/22.925511 [42] RAAB F H. Class-E, Class-C, and Class-F power amplifiers based upon a finite number of harmonics[J]. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2001, 49(8): 1462-1468. doi: 10.1109/22.939927 [43] CRIPPS S C. RF power amplifier for wireless communications[M]. RF power amplifiers for wireless communications, 2014. [44] ROMIJN J, VOLLEBREGT S, MIDDELBURG, et al. Integrated digital and analog circuit blocks in a scalable silicon carbide CMOS technology[J]. IEEE Transactions on Electron Devices, 2022, 69(1): 4-10. doi: 10.1109/TED.2021.3125279 [45] FU Z, ZHENG B, HUANG X, et al. Comparative research of infrared thermography and electrical measurement method for the thermal characteristics test of GaN HEMT devices[C]//2021 22nd International Conference on Electronic Packaging Technology, Xiamen, China: ICEPT, 2021: 1-4. [46] GEUM D M, KIM S, LIM H, et al. Electrical analysis for wafer-Bonded interfaces of p+GaAs/n+InGaAs and p+InGaAs/n+InGaAs[J]. IEEE Electron Device Letters, 2021, 42(6): 800-803. doi: 10.1109/LED.2021.3076817 [47] HS8269G[EB-OL]. (2014)https://www.onmicro.com.cn/portal/article/index/cid/18/id/500.html [48] CHUANG K J, TANG K P, LIN Y H, et al. An efficient and linear 24.4dBm Ka-Band GaAs power amplifier for 5G communication[C]//2021 IEEE International Symposium on Radio-Frequency Integration Technology, Hualien, Taiwan: RFIT, 2021: 1-3. [49] ZHU F, LUO G. A W-Band balanced power amplifier in 0.1-μm GaAs PHEMT process[C]//2020 IEEE MTT-S International Wireless Symposium, Shanghai, China: IWS 2020: 1-3. [50] LIU L, ZHAO D. A 0.5W 33%-PAE Ka-band power amplifier in 0.15µm GaAs[C]//2022 IEEE MTT-S International Wireless Symposium, Harbin, China: IWS 2022: 01-03. [51] 郝跃, 张金风, 张进成等. 氮化物半导体电子器件新进展[J]. 科学通报, 2015(10): 8. HAO Y, ZHANG J F, ZHANG J C, et al. Progress in nitride semiconductor electronic devices[J]. Chinese Science Bulletin, 2015(10): 8 [52] COLANTONIO P, GIOFRÈ R, GIANNINI F, et al. GaN MMIC high power amplifiers for K-Band satellite payload[C]//2022 24th International Microwave and Radar Conference, Gdansk, Poland: MIKON, 2022: 1-5. [53] NIIDA Y, KAMADA Y, OHKI T, et al. 3.6 W/mm high power density W-band InAlGaN/GaN HEMT MMIC power amplifier[C]//2016 IEEE Topical Conference on Power Amplifiers for Wireless and Radio Applications. Austin, TX, USA: IEEE, 2016. [54] 姜蓓, 孙靖宇, 刘忠范. 石墨烯晶圆的制备: 从高品质到规模化[J]. 物理化学学报, 2022, 38(02): 9-21. JIANG B, SUN J Y, LIU Z F. Synthesis of Graphene Wafers: from Lab to Fab[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2022, 38(02): 9-21. [55] ZHANG Y, LIU B, QIU J, et al. A 1-Bit-DSM-based digital polar power amplifier supporting 1024-QAM[J]. IEEE Solid-State Circuits Letters, 2022, 5: 130-133. doi: 10.1109/LSSC.2022.3173750 [56] YAMAMOTO T, KITAHARA T, HIURA S. 50% drain efficiency Doherty amplifier with optimized power range for W-CDMA signal[C]//2007 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium, Honolulu, HI, USA: IMS, 2007: 1263-1266. [57] ZHANG X, LI S, HUANG D, et al. A 38GHz deep back-off efficiency enhancement PA with three-way Doherty network synthesis achieving 11.3dBm average output power and 14.7% average efficiency for 5G NR OFDM[C]//2022 IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium, Denver, CO, USA: RFIC, 2022: 239-242. [58] REN D, ZOU W, ZHANGET K F, et al. A 45–2500-MHz push–pull driver PA with cross coupled and negative feedback technique[J]. IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 2019, 29(11): 718-721. doi: 10.1109/LMWC.2019.2943571 [59] LIN P, CHEN J Q, ZHANG Z H et al. Design of broadband high-gain GaN MMIC power amplifier based on reactive/resistive matching and feedback technique[J]. IEICE Electron, 2021, 18(19): 20210313. doi: 10.1587/elex.18.20210313 [60] COURTY A, QUINDROIT C, BOUNY J J, et al. A 3.7-4.2GHz MMIC Doherty power amplifier linearized over 500MHz instantaneous bandwidth[C]//2023 IEEE Topical Conference on RF/Microwave Power Amplifiers for Radio and Wireless Applications, Las Vegas, NV, USA, 2023: 29-31. [61] WENG S M, LEE Y C, CHEN T H, et al. A 60-GHz adaptively biased power amplifier with predistortion linearizer in 90-nm CMOS[C]//2018 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium, Philadelphia, PA, USA: IMS, 2018: 651-654. [62] ALLURI S, ROSTOMYAN N, LEUNG V, et al. A Ka band power amplifier with varactor-based analog predistortion in pMOS-SOI[C]//2022 IEEE Topical Conference on RF/Microwave Power Amplifiers for Radio and Wireless Applications, Las Vegas, NV, USA: PAWR, 2022: 42-45. [63] RAAB F H, ASBECK P M, CRIPPS S C, et al. Power amplifiers and transmitters for RF and microwave[J]. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2002, 50(3): 814-826. doi: 10.1109/22.989965 [64] NIKANDISH G R, STASZEWSKI R B, ZHU A. A fully integrated reconfigurable Multimode Class-F2, 3 GaN Power Amplifier, " in IEEE Solid-State Circuits Letters, vol. 3, pp. 270-273, 2020. [65] DINC T, KALIA S, AKHTAR S, et al. High-efficiency Class-E power amplifiers for mmWave radar sensors: design and implementation[J]. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2022, 57(5): 1291-1299. doi: 10.1109/JSSC.2022.3147723 [66] GAO H, MAHANI S M, SEEBACHER D, et al. A 28 GHz Doherty PA with 22.9% PAEmax and 17.4% PAE at 6-dB PBO in 0.13μm SiGe technology for 5G application[C]//2022 17th European Microwave Integrated Circuits Conference, Milan, Italy: EuMIC, 2022: 193-195. [67] HEIDEBRECHT E, NEGRA R, VALENTA V, et al. 5 watts, MMIC, K-band Doherty PA for satellite communications[C]//2022 17th European Microwave Integrated Circuits Conference, Milan, Italy: EuMIC, 2022: 91-94. [68] JIN Y, HONG S. A 24-GHz CMOS power amplifier with dynamic feedback and adaptive bias controls[J]. IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 2021, 31(2): 153-156. doi: 10.1109/LMWC.2020.3038041 [69] ESMAEL M M R, ABDALLA M A Y. 18 to 37.5GHz linear and efficient 5G power amplifier with adaptive biasing technique[C]//2021 IEEE MTT-S International Microwave Symposium, Atlanta, GA, USA: IMS, 2021: 877-880. [70] WANG K, XU J X, ZHANG X Y. A 24-31 GHz GaN-on-Si power amplifier MMIC[C]//2021 IEEE International Workshop on Electromagnetics: Applications and Student Innovation Competition, Guangzhou, China: iWEM, 2021: 1-3. [71] MAKWANA N D, SINHA S, DHAR J, et al. 1–18 GHz ultra-broadband high gain distributed MMIC amplifier[C]//2022 IEEE Microwaves, Antennas, and Propagation Conference, Bangalore, India: MAPCON 2022: 254-258. [72] LI Z, CHEN J, HOU D, et al. A 24-30 GHz balanced PA with high linearity for mm-wave 5G in 130 nm SiGe BiCMOS[C]//2022 IEEE MTT-S International Wireless Symposium, Harbin, China: IWS, 2022: 1-3. [73] LIN L, YANG L, ZHENG S, et al. A 10W fully-integrated LDMOS MMIC Doherty in LGA package for 2.7GHz small cell application[C]//2019 IEEE MTT-S International Microwave Symposium, Boston, MA, USA: IMS, 2019: 1434-1437. [74] GUPTA A, SHRIVASTAVA M, BAGHINI M S, GOSSNER H, et al. A fully-integrated radio-frequency power amplifier in 28nm CMOS technology mounted in BGA package[C]//2016 29th International Conference on VLSI Design and 2016 15th International Conference on Embedded Systems, Kolkata, India: VLSID, 2016: 156-161. [75] ZHAO B, SANABRIA C, HON T. A 2-stage S-band 2W CW GaN MMIC power amplifier in an overmold QFN package[C]//2022 IEEE Texas Symposium on Wireless and Microwave Circuits and Systems, Waco, TX, USA: WMCS, 2022: 1-5. [76] ELISABETH S. Advanced RF packaging technology trends from WLP and 3D integration to 5G and mmwave applications[C]//2019 International Wafer Level Packaging Conference, United States: IWLPC, 2019: 1-5. [77] 吉勇, 王成迁, 李杨. 扇出型封装发展、挑战和机遇[J]. 电子与封装, 2020, 20(08): 3-8. JI Y, WANG C Q, LI Y. Development, Challenges and Opportunities of Fan-out Packaging[J]. Electronics & Packaging, 2020, 20(08): 3-8 [78] KAZUYUKI M, TATSUYA M, KEIICHI H, et al. Material technology for 2.5D/3D package[C]//2015 IEEE CPMT Symposium Japan, Japan: ICSJ, 2015: 101-104. -
点击查看大图
图(10) / 表(1)
计量
- 文章访问数: 1700
- HTML全文浏览量: 470
- PDF下载量: 17
- 被引次数: 0
