飞兆半导体公司 Sanjiv Shah
随着基于802.11无线局域网络的应用日益增多，带动RF元件需求大幅增长，促使RF元件制造商投入庞大的资源。无线网络正迅速成为商业和消费电子通信的首选媒介。这类网络（其商用名称为Wi-Fi）正扩展至涵盖企业和家庭娱乐市场广泛的应用领域。据Strategy Analytics报告指出，Wi-Fi芯片集的销售额预计于2004年达7.57亿美元，单位付运量的年复合增长率高达32%。
Wi-Fi的流行是多方面因素推动的结果，其优势就像第一代PC所带给人们的便利一样。Wi-Fi不但满足了对于更灵活网络便携性的诉求，还同时提高生产力，让用户在更少时间及资源的情况下完成更多的工作。追溯Wi-Fi的发展，其初期是一项雄心勃勃的技术，花了很长的时间来形成基础，但是一旦消除了结构性的障碍后就飞速发展。从历史上看，Wi-Fi最初是一连串专用于特定应用的专有无线网络系统。后来为了满足更大的互用性，它以IEEE认可的 802.11规范形式转移至以标准为基础的系统。
Wi -Fi最初的应用限于企业级，即那些需要在办公室网络、零售仓储和产品分销等领域扩展整体网络连通性的公司。其后扩展至消费电子市场，从而开拓了新的应用如互联网接入、下载音乐和串流视信节目等。这些应用很快促进了家庭的连通性应用，融合了便携式电脑、打印机、电视机、数码相机和信息路由所需的一切基础构件。Wi-Fi在企业和消费电子应用中得以流行受益于如下因素：易于使用、标准化的芯片组或系统架构、增强的系统互用性、成功的品牌，以及较低成本的工程和软件方案。
Wi-Fi技术进展的示例在于成本的降低、终端种类的扩充及应用范围的增加。数年前，无线网络适配器的成本为100到200美元，今日已降至30 美元左右。最初的应用终端以便携式电脑为主，但现在的PDA、手机和家庭娱乐中心等也日渐流行。同时，更高的数据传输速率现在能支持越来越多的应用，例如宽带上网和无线电视的串流视信。
Wi-Fi方案
无线网络是优秀的混合解决方案，将RF和数字技术结合在单一的应用中，把射频前端（基本上是个收发器）与称作基带的数字转换平台连接。前端元件负责发送和接收网络与所有外部资源之间的RF信号；而数字功能嵌入于基带芯片中，作为信号转换器和处理器，实现网络内的数据传输路由功能。这两种功能密切相依，需要对可以作为精确数字等效信号处理的原始信号放大。这个过程对于信息的准确性以至信号的接收和处理速度都非常重要。
如前所述，规范Wi-Fi产业的IEEE标准旨在实现不同厂家制造系统之间的互通性，确保来自任何制造源的新增功能都可保持后向兼容。在此之前，由于缺乏这样的标准，Wi-Fi的应用被推迟，因为用户都不愿意为了升级而抛弃整个系统。为了克服这些障碍，FCC在1997年通过了一组称之为 802.11系列的规范，即今天所说的Wi-Fi。这些规范的建立旨在覆盖对信号性能和速度更严格的要求，并方便日后逐步加以完善。
因此，遵从802.11b的Wi-Fi传输速率现达到11Mbps，比最初802.11标准的2Mbps大幅提升。尽管仍在2.4GHz频段内，但事实证明提升后的速率足以适应今天的许多应用。对于要求更高速率的场合，802.11g协议获得通过，容许传输速率的上限为54Mbps，但仍在 2.4GHz频段内。
OFDM调制要求
802.11g容许的更高速率必须遵从复杂的调制方案，需要设计人员采用的元件能够满足更严格的信号完整性要求。这个计划名为正交频分多路复用（OFDM），非常适合无线联网的技术要求，因为它能提供较高的数据传输速率和抗多重路径干扰。此外，其波形特点也非常适合室内环境。由于这些及其他种种优点，OFDM因此获802.11标准委员会选择，作为实现高速率数据传输的调制方案。
要成功实现基于OFDM的系统，还必须满足一些标准要求，以消除信号转换和传输过程中出现不能接受的高误码率，而这会造成信号失真和延迟。由于大多数WLAN应用都以电池驱动，因此也需要尽量降低电流消耗，延长电池寿命。在WLAN调制解调器中，RF功率放大器的性能对于数据吞吐量、传输距离和电池寿命有着重要的影响。因此，功率放大器必须在线性度、效率和功率管理方面都具备所需的特性。
在过去5年中，制造商一直面对一个竞争激烈的环境，必须致力于开发能更好地优化性能、尺寸和成本的产品。随着网络设计人员对于集成度的要求越来越高，要以最低的系统级成本来简化板卡设计，这个竞争变得更加激烈。飞兆半导体针对优化802.11b/g应用而设计的新型线性功率放大器RMPA2453便具备许多所需的质量，其工作频率范围在2.4～2.5GHz频段，兼具低误差向量振幅值(EVM）的出色线性度、小外形封装因素和高水平的功能集成度特性。
低EVM额定值性能
RMPA2453性能优异的关键在于能在133mA电流消耗下、0～18dBm的调制功率输出范围内维持2.5%的EVM额定值。EVM是一项关键的指标，以偏差百分比来测量信号的精确度。当然，0是最理想的指针值，而任何接近的数值都代表良好的性能和功率范围水平。RMPA2453能达到这个良好水平的原因在于具备出色的线性度，这与采用了飞兆半导体专有的GaAs HBT（异结双极晶体管）材料和能维持稳定的芯片制造重复性水平直接相关。
图2和图3所示为EVM、动态范围和功耗之间的关系。如图2所示，RMPA2453能在相对稳定的低EVM范围内维持稳定的输出功率增长。然而，当EVM陡升时，就很难在不增加失真和电流消耗的前提下获得更高的功率水平。举例说，在约低于1%～2.5%之间，输出功率便以很好的线性速率增加。但是，EVM值一旦开始陡升，输出功率就很难达到18dBm以上的更高水平。
从图2可以看出，在0～18dBm这个相对稳定的输出功率范围内，整个输出功率增加的电流消耗增量很小。然而，一旦超过18dBm，电流消耗的增量便显着增加，功耗也相应增多。换句话说，输出功率超过18dBm后，需要更大电流才能提升一点功率。如图3所示，在广泛的输出功率范围内保持最低的 EVM数值，能通过最少的电流消耗来延长电池寿命，从而提高整体的便携性。
实现低EVM是放大器线性度表现的一项功能，线性度基本上保证了输入信号的放大重生与传输信号尽量接近。如果信号失真变得过大，EVM水平会成比例上升，从而对放大器的速度、精度和电流消耗性能造成影响。
其他设计优点
RMPA2453的另一个设计优点是结合了高功能集成度和小封装体积，使到放大器外部元件减少3倍。与其他飞兆半导体放大器一样，RMPA2453的输入和输出阻抗匹配为50Ω，采用DC阻隔RF I/O接口，既减少了元件数目，又简化了设计。而其内置于芯片中的功率检测器具有20dB的动态范围，结合带逻辑控制开关的功率检测功能，能实现重要的省电关断运作。该器件的实际尺寸为3mm×3mm×0.9mm，与同级产品相比具有明显优势（见图4）。事实上，WLAN系统设计人员一直努力减小系统设计的尺寸、重量和复杂性，缩减封装体积和部件数目便能满足他们对于更小占位面积的需求。
如前所述，采用专有InGap HBT工艺能够保证更好的增益和更低的功耗。放大器增益在24.5～29dB范围内而典型值为25dB。其他特点还包括：单一的3.3V正电压供电，在接收期间与电源关闭工作模式结合时，可进一步提升功率效能。该器件同时具有标准的26dB小信号增益和在1dB压缩点时26.5dBm的输出功率。开启和关闭时间少于1μs。
天线失配特性
传输信道干扰是引起信号劣化的主要原因，但除此之外，天线内部至端子的失配同样是一个严重的问题，会导致阻抗失误，影响功率放大器的稳定性。这对于笔记本电脑的无线网络应用尤其重要，因为连接天线和无线收发装置的柔性电缆会移动，从而改变系统的阻抗特性。一般笔记本电脑的天线置于显示屏上，通过可移动的柔性电缆连接到主板的无线调制解调器中，这根柔性电缆的移动会改变无线收发端功率放大器与天线端之间的阻抗特性。结果会产生阻抗失误，导致功率过高或过低。这种失配情况还会增加系统噪声，再加上外部的频带外失配，会对功率放大器的稳定性造成负面影响。
解决方法包括在功率放大器与电缆之间增设一个衰减器，但会引入额外的损耗而对功耗造成影响。也可使用集成功率检测器，以便在天线失配出现时降低功率输出。飞兆半导体的RF功率部则通过严格控制所有主要部件的设计参数来抵御较大的负载失配。因此，飞兆半导体设计的功率放大器能够耐受较大的阻抗失配（高达8∶1，杂信－65dBc）。
RMPA2453是其他已投产的WLAN功率放大器系列的新成员。飞兆半导体目前正针对WLAN应用生产5种不同的功率放大器，包括三种GaAs 和两种PHEMT设计，具备多项特点如出色的线性度、内置功率检测器、天线失配下的稳定性，以及具竞争力的价格。而且，这是业界少数以单一封装提供双频带功率放大器解决方案的产品。
鉴于制造商在市场推出各式可选的组件设计，芯片集设计人员所面对的挑战是指定和组合能保证最佳信号质量和性能的前端组件。典型的IF处理器由上变频和下变频电路、IF和基带放大电路，以及可编程衰减器构成。频率转换器/低噪声放大器（LNA）提供低噪声的接收器灵敏度和高效的功率处理能力。低噪声放大器平台包括能调整信号所需的衰减功能。前端组件可以单独选定，然后由芯片集设计人员进行互连，或者购买集成的子系统。飞兆半导体所有的功率放大器均能与任何兼容RF和IF转换器IC共同使用，以实现和模拟前端芯片组。
