WiFi产品常用射频功率放大器汇总

在这些年的WiFi产品开发中,接触了多种型号的射频功率放大器(以下简称PA),科创笔记对WiFi产品中常用的射频功率放大器做个汇总,供读者参考。本文中部分器件型号是Frontend Module,即包含内PA,LNA,Switch,按不同厂牌对PA进行介绍,按照厂牌字母顺序进行排列。

ANADIGICS

ANADIGICS成立于1985年,率先开创制造高容量、低成本、高性能的砷化镓集成电路(GaAs ICs)。ANADIGICS是领先世界的通信产品供应商。ANADIGICS为不断发展的无线宽带与无线通信市场,设计、制造射频集成电路(RFIC)解决方案。公司创新的高频率RFIC,能使通信设备制造商提高整体系统性能、减少产品的体积及重量、提高电源效率、提高稳定性、并降低制造成本及制程时间。

Part Number

Frequency

Supply(V)

Gain

P1dB

EVM @ 54Mbps

AWL6951

b/g: 2.4 – 2.5

3.3

b/g: 32

b/g:27

g: 2.9% @ +20 dBm

a: 4.9 – 5.9

a: 29

a:26.5

a: 3.3% @ +19 dBm

AWL9224

2.4 – 2.5

3 – 3.6

32

27

b: meets ACPR @ +23 dBm

g: 3.0% @ Pout = +20 dBm

AWL9555

4.9 – 5.85

+3.3

29

26

-33 dB @ Pout = +19 dBm

-36 dB @ Pout = +5 dBm

AWL6153

2.4 – 2.5

3 – 5

29.5

28

2.5% @ Pout = +21 dBm

30.5

31

3% @ Pout = +25 dBm

AWL6950

2.4 – 2.5

3 – 3.6

b/g: 32

25

g: 2.7% @ +20 dBm

4.9 – 5.9

a: 33

a: 3.6% @ +19 dBm

本文仅给出ANADIGICS的最高规格WiFi PA AWL6153的性能指标,如下图。

AWL6153-Performance

Avago

这是一家从Agilent(现拆分为Agilent + Keysight)中分离出来的半导体公司,拥有 50 年的技术创新传统。多年来,Avago开发出丰富的产品和受知识产权保护的产品组合,这些成就使Avago能够在所服务的市场中脱颖而出,并占据领导地位。在WiFi产品设计中,Avago的PA市场份额相对较少。

Part Number Frequency (GHz) Bias Condition Gain PSAT (dBm)
MGA-22003 2.3-2.7 5V@500mA 35 32
MGA-25203 5.1-5.9 5V@425mA 30 30

显而易见,MGA-22003适用于2.4GHz频段,MGA25203适用于5GHz频段。笔者在几年前曾经使用Atheros AR9280 + MGA25203设计过一款5GHz中等功率无线网卡,测试发现MGA25203的性能还是相当不错的,正如其Datasheet中所描述的一样。

MGA-25203-Performance

EPICOM

EPICOM是由知名企业及创投公司集资,结合优秀研发团队,致力于设计、开发、整合无线通讯射频前端组件与模块,协助系统厂商获得竞争力的无线射频前端解决方案。EPICOM为无自有晶圆厂的无线通讯集成电路与射频前端模块设计公司(Fabless IC & RF Front-end Module Design House) 。EPICOM已顺利取得SGS核发的ISO9001:2000生产管理、销售与研发设计认证。

Part Number Frequency Gain Output Power
EPA2414A 2.4 – 2.5 25 3% EVM at Pout=+18 dBm
EPA2018A 2.4 – 2.5 33 3% EVM at Pout=+26 dBm
PA5305 4.9 -5.9 20.5 3% EVM at Pout=+14dBm

本文仅给出EPICOM的最高规格WiFi PA EPA2018A的性能指标,如下图。

EPA2018A-Performance

Hittite

Hittite Microwave 面向技术要求严苛的射频 (RF) 微波和毫米波应用,设计和开发高性能集成电路、模块和子系统。这些应用包括蜂窝、光纤和卫星通信,以及医学及科学成像、工业仪表、航空航天和防务电子。凭借近30年的经验和创新实践,Hittite 在模拟、数字和混合信号半导体技术领域有着深厚的积淀,从器件级到完整子系统的设计和装配,覆盖面十分广泛。 Hittite Microwave于2014年被Analog Devices, Inc.(ADI)收购合并。但笔者还是更喜欢Hittite作为射频微波器件的名称,所以暂不更改称呼^_^。

笔者本人并没用用过Hittite的WiFi PA,倒是用过其他频段Gain Block和PA,查找其官方网站,似乎也只有一款PA适用于WiFi行业,HMC408,其性能如下。

HMC408-Performance

Microchip

Microchip(2010年收购了SST)是全球领先的单片机和模拟半导体供应商,为全球数以千计的消费类产品提供低风险的产品开发、更低的系统总成本和更快的产品上市时间。

Mircrochip的WiFi PA常见于Mediatek(Ralink)的参考设计。

Product

Gain

Linear Power

Voltage

Frequency

SST12CP11

34

25

3.0 – 5

2.4 – 2.4

SST12CP11C

37

25

4.0 – 5.5

2.4 – 2.5

SST12CP12

34

25

3.0 – 5.0

2.4 – 2.5

SST12CP21

37

25

4.0 – 5.5

2.4 – 2.5

SST12CP33

39

25

4.0 – 5.5

2.4 – 2.5

SST12LP07

29

19.5

3.0 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP07A

28

20.5

3.0 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP07E

30

20

3.0 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP08

30

20

2.75 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP08A

29

20.5

3.0 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP14

30

20

3.0 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP14A

29

21

3.0 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP14C

32

20

3.0 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP14E

23

19

3.0 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP15

35

23

3.0 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP15A

32

22

3.0 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP15B

32

22

3.0 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP17A

28

17.5

2.75 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP17B

26

19

3.0 – 4.2

2.4 – 2.5

SST12LP17E

29

18

2.75 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP18E

25

18

2.7 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP19E

25

19.5

2.75 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP20

30

18

3 – 4.2

2.4 – 2.5

SST12LP22

27

19

2.75 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LP25

27

19

2.75 – 4.2

2.4 – 2.4

SST11CP15

25.5 – 28.5

18.5 / 21

3.0 – 5.0

5.0 – 5.9

SST11CP15E

26 – 29

17.5/19.5

3.0 – 5.0

4.9 – 5.9

SST11CP16

30

21.5

3.0 – 5.0

5.1 – 5.9

SST11CP22

31

20

3.0 – 5.0

5.1 – 5.9

SST11LP12

28-34

20

3.0 – 4.2

5.0 – 5.9

SST11LF04

30

18

3.0 – 5.0

4.9 – 5.9

SST11LF05

28

17

3.0 – 5.0

4.9 – 5.9

SST11LF08

28

17

3.0 – 5.0

4.9 – 5.9

SST12LF01

29

19

3.0 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LF02

29

18.5

3.0 – 4.2

2.4 – 2.4

SST12LF03

28

19

3 – 4.2

2.4 – 2.5

SST12LF09

24

17

3.0 – 5.0

2.4 – 2.5

不难看出,Microchip的WiFi PA以低功率为主,仅在2.4GHz频段有几颗中等功率的型号。不得不说,Mircochip 的PA命名方式让笔者感到困惑,很难从型号本身猜到其性能指标。本文给出笔者曾经用过的SST12CP11的性能指标,如下图,还是很不错的。

SST12CP11-Performance 

Microsemi

Microsemi Corporation总部设于加利福尼亚州尔湾市,是一家领先的高性能模拟和混合信号集成电路及高可靠性半导体设计商、制造商和营销商。Microsemi的产品包括独立元器件和集成电路解决方案等,可通过改善性能和可靠性、优化电池、减小尺寸和保护电路而增强客户的设计能力。Microsemi公司所服务的主要市场包括植入式医疗机构、防御/航空和卫星、笔记本电脑、监视器和液晶电视、汽车和移动通信等应用领域。Microsemi在发展过程中收购了多家公司,包括熟知的Actel,Zarlink,Vitesee。Microsemi的WiFi PA产品线型号较多,也多次出现在Atheros早期的参考设计中,近期的参考设计就很少出现了。

Microsemi WiFi Frontend Module

Part Number Freq (GHz) Vin (V) Iq (mA) PA LNA Switch
Gain Pout (dBM) Pout (dBM) Gain Noise IP3
(dB) @ 3% EVM @ 1.8% EVM (dB) (dB) (dBM)
LX5541LL 2.4 3.3 90 27 19 N/A 13 2 5 No
LX5543LU 2.4 3.3 82 25 17 N/A N/A N/A N/A SP3T
LX5551LQ 2.4 3.3 90 26 18 N/A N/A N/A N/A SPDT
LX5552LU 2.4 3.3 80 26 17 N/A 12.5 2 5 SPDT
LX5553LU 2.4 3.3 82 25 17 N/A 13 2.1 5 SP3T
LX5586ALL 5 3.3 110 27 18 17 12.5 2.6 6.5 SPDT
LX5586HLL 5 5 110 28 20 19 12.5 2.7 6.5 SPDT

Microsemi WiFi PA

P/N

Freq

Gain

Vin

Pout (dBM)

Pout (dBM)

Current at

(GHz)

(dB)

(V)

@ 3% EVM

@ 1.8% EVM

3% EVM (mA)

LX5511LQ

2.4

26

3.3

20

N/A

170

LX5514LL

2.4

28

3.3

20

N/A

145

LX5535LQ

2.4

32

3.3 – 5

22

N/A

275

LX5518LQ

2.4

32

3.3 – 5

26

N/A

390

LX5530LQ

5

28

3.3 – 5

23

NA

360

LX5531LQ

5

32

3.3 – 5

25

23

350

如果没记错的话,LX5511 + LX5530出现在Atheros AP96低功率版本参考设计中,LX5535 + LX5530出现在Atheros AP96高功率版本参考设计中,FEM多次出现在无线网卡参考设计中。LX5518则是近年应用较多的一款高功率PA,与后文即将出现的Skyworks SE2576十分接近,科创笔记也专门发表过对比测试文章:http://www.licsnotes.com/high-power-pa-test/。毫不夸张地讲,Microsemi LX5518与Skyworks SE2576占据了2.4GHz高功率WiFi市场的半壁江山。LX5518的强悍性能如下图所示。

LX5518-Performance

RFaxis

RFaxis是一家相对较新的射频半导体公司,成立于2008年1月,总部设于美国加州,专业从事射频半导体的设计和开发。凭借其独有的专利技术,RFaxis公司引领专为数十亿美元的Bluetooth、WLAN、802.11n/MIMO、ZigBee、AMR/AMI和无线音频/视频市场设计的下一代无线解决方案。利用纯CMOS并结合其自身的创新方法和专利技术,RFaxis开发出全球首款射频前端集成电路(RFeIC)。

相信读者一定了解,CMOS PA的巨大优势就是成本低,在如今WiFi设备价格如此敏感的环境下,这是RFaxis开拓市场的利器。从RFaxis的官方上可以看到已经有多款WiFi PA,但缺少汇总数据,用户很难快速选型。本文仅给出RFaxis主推的RFX240的性能。

RFX240-Performance

RFIC

RFIC的全称是RF Integrated Corp.,中文名称是朗弗科技股份有限公司,这家公司显得十分低调,在其官网上甚至找不到任何有关公司的介绍,笔者也是醉了。

P/N

BAND

Gain

Linear Power

Icc

Vcc

Verf

AP1110

2.4-2.5

26

18.5

85

3.3

2.85

AP1112

2.4-2.5

30

18

105

3.3

2.85

AP1294

2.4-2.5

31/32

19/22

145/215

3.3/4.5

2.8/2.85

AP1047

2.4-2.5

33.5

22

270

3.3

2.85

AP1058

2.4-2.5

34

23/25

300/480

4.5

2.85

AP1076

2.4-2.5

33.5

22

270

3.3

2.85

EPM2426

2.4-2.5

33

23/26

335/465

3.3/4.5

2.75

EPM2428

2.4-2.5

34

24/28

468/668

3.3/4.5

2.95

AP3015

4.9-5.85

29

20/23

280/NA

3.3/5

3

AP3015P

4.9-5.85

29

15/18

340/390

3.3/5

3.2

AP3015M

4.9-5.85

29

17/18

210/170

3.3

2.9

AP5402

5.0-5.85

25

21

370

5

3.1

估计大部分国内的读者没有用过RFIC的芯片,笔者也只是看到一些国外的产品在用。没有Datasheet,也没有Brief Introduction,只能从官网上了解到部分数据,其中EPM2428是2.4GHz频段规格最高的型号,其典型参数为:

  • 64QAM情况下可达28dBm@EVM=3%
  • 11b情况下可达32dBm,满足频谱模板
  • 效率可达20%@28dBm
  • 增益可达34dB
  • 片上输入/输出匹配

RFMD

RFMD(与TriQuint合并以后称为Qorvo,但笔者还是喜欢称之为RFMD,Qrovo实在是太拗口了)作为一家老牌的射频器件厂商,相信有些读者比我更了解,但笔者还是决定对RFMD做个简单介绍;RF Micro Devices公司(简称RFMD)是全球领先的高性能射频元件和化合物半导体技术的设计和制造商。RFMD的产品可用于蜂窝手机,无线基础设施,无线局域网络(WLAN),CATV /宽频及航空航天和国防市场,提供增强的连接性,并支持先进的功能。RFMD凭借其多样化的半导体技术以及RF系统专业技能,成为世界领先的移动设备,客户端和通讯设备制造商的首选供应商。

RFMD WiFi PA产品线型号非常多,几乎可以满足所有WiFi产品的射频需求。

P/N

Min Freq

Max Freq

Gain

POUT

EVM (%)

Vcc (V)

Tx Icc (mA)

RF5102

2400

2500

28

21

3

3.3

210

RF5112

2400

2500

28

21

3

3.3

210

RF5117

1800

2800

26

18

3

3.3

200

RF5122

2400

2500

25.5

18

2.5

3.3

120

RF5125

2400

2500

28

21

3

3.3

210

RF5152

2400

2500

34

18

3

3.3

130

RF5189

2400

2500

25

18

4

3.3

220

RF5322

2400

2500

25.5

18

2.5

3.3

120

RF5355

4900

5850

28

17

3

3.3

140

RF5373

2400

2500

28

10

3

3.3

55

RF5602

2400

2500

34

26

2.5

5

450

RF5603

3300

3800

30

26

3

5

500

RF5616

4900

5850

30

21

3

5

250

RF5622

2400

2500

30

18

3

3.3

95

RF5623

3300

3800

32

26

2.5

5

600

RF5632

2300

2700

34

28.5

2.5

5

800

RF5633

3300

3800

34.5

28

2.5

5

1000

RF5652

2400

2700

33.5

30

2.5

5

1450

RF5722

2400

2500

25.5

18

2.5

3.3

120

RFPA2226

2200

2700

12.8

26

2.5

5

545

RFPA5026

4900

5900

8.8

25

2.5

5

670

RFPA5200

2400

2500

33

26.5

2.5

5

470

RFPA5201E

2400

2500

33.5

29

2.5

5

875

RFPA5208

2400

2500

40

28

2.5

5

590

STA-5063Z

3300

6200

14

9

3

3.3

52

STA-6033(Z)

4900

5900

24

18

3

3.3

165

SZA-2044(Z)

700

2700

25.5

22

3

5

300

SZA-3044(Z)

2700

3800

24

24

2.5

5

340

SZA-5044(Z)

4900

5900

33

21

1.8

5

330

SZA-6044(Z)

5100

5900

17.3

17

3

5

165

SZM-2066Z

2500

2700

33.7

26

2.5

5

583

SZM-2166Z

2300

2700

36

27

2.5

6

878

SZM-3066Z

3300

3800

34

26

2.5

5

730

SZM-3166Z

3300

3600

35

27

2.5

5.2

900

SZM-5066Z

5100

5900

18

25

2.5

5

800

RFPA5512

4900 MHz

5850 MHz

33 dB

11ac -? 23 dBm 11n – 25 dBm

11ac – 1.8% 11n – 3%

5V

RFPA5502

4900

5850

RFPA5522

5180MHz

5925MHz

33dB

23dBm

-35dB

5V

285mA

RFPA5542

4900

5850

33

RFPA5542B

5180

5925

33

在这些产品中,最令笔者震撼的就是RFPA5201E,其性能好到没朋友。笔者此前开发一款10W(11n HT20 MCS7)超大功率放大器时,曾经选用了RFMD RFPA5201E作为驱动级,http://www.licsnotes.com/rdr-components-selection/

RFPA5201E测试数据与Datasheet中描述完全一致,如下图。

RFPA5201E-Performance

当然,RFPA5201E的功耗也是不容小觑的,达到了可怕的1000mA,这可能也是很多厂商望而却步的原因。 Richwave 立积电子 (Richwave Technology Corp.)成立于2004年,是专业的 IC 设计公司。公司的主要技术在开发与设计世界一流的无线射频(RF)集成电路,公司的主要目标是在无线射频(RF)领域成为领先全球的IC供货商。立积电子的产品主要分为两个产品线:一是射频技术相关的收发器,另一个是射频前端的相关射频组件。

Richwave的WiFi PA多见于Mediatek(Ralink)的参考设计,众所周知,台湾半导体厂商喜欢在参考设计中选用台湾的半导体器件,无源器件,这是促进本土经济技术发展的有效手段。与RFaxis类似,Richwave官方网站也同样没有PA的汇总数据,只能看到其全部型号列表。

Richwave-WiFi-PA

笔者在早期的WiFi产品设计中试用过Richwave的RTC6691,其性能指标如下图所示。

RTC6691-Performance

Skyworks

Skyworks(于2011年收购了SiGe)同样是一家老牌射频半导体厂商,是高可靠性混合信号半导体的创新者。凭借其核心技术,Skyworks 提供多样化的标准及定制化线性产品,以支持汽车、宽带、蜂窝式架构、能源管理、工业、医疗、国防和移动电话设备。产品系列包括放大器、衰减器、侦测器、二极管、定向耦合器、射频前端模组、混合电路、基础设施射频子系统、/解调器、移相器、PLL/合成器/VCO、功率分配器/结合器、接收器、切换器和高科技陶瓷器件。

Skyworks同样具有种类齐全的WiFi PA产品线,在近期的Qualcomm Atheros的参考设计中,几乎全部使用了Skyworks的WiFi PA/FEM。

Part Number

Frequency

Gain

OIP3

P1 dB

SKY85004-11

2.4-2.5

29

SE2623L-R

2.5-2.5

TBD

TBD

SE2622L

2.4-2.5

31.5

26.5

SKY65900-11

2.4-2.5

TBD

34

SKY65174-21

2.4-2.5

35

SKY65162-70LF

0.4-2.7

20

46.5

28

0.4-2.7

15

43

30.2

0.4-2.7

13.2

43.5

29.5

0.4-2.7

13.2

43.8

30

SKY65131

2.4-2.5

26

28

SE2623L

2.4-2.5

33

32

SE2609L

2.4-2.5

28

25.5

28

25.5

SE2605L

2.4-2.5

33

32

SE2604L

2.4-2.5

32

30

SE2598L

2.4-2.5

28

26.5

SE2597L

2.4-2.5

28

26.5

SE2576L

2.4-2.5

33

32

SE2574L

2.4-2.5

28

25

SE2574BL-R

2.4-2.5

27

25

SE2568U

2.4-2.5

27

25

27

25

SE2568L

2.4-2.5

27

25

27

25

SE2565T

2.4-2.5

31

30

SE2528L

2.4-2.5

33

26.5

34

28.5

SE2527L

2.4-2.5

33

26.5

34

28.5

SE2425U

2.4-2.5

28.2

SKY85405-11

5.15-5.93

TBD

TBD

SKY85402-11

5.15-5.9

32

29

SE5023L

5.15-5.85

32

34

SE5005L

5.15-5.75

27

25

SE5004L

5.15-5.85

26

34

SE5003L1-R

5.15-5.85

32

32

SE5003L

5.15-5.85

32

29

SE2567L

4.9-5.9

30

25

SE2537L

4.9-5.9

28

25

2010-2012年间,也就是运营商大力建设WLAN网络的年代,Skyworks的SKY65174 + SE5004是绝大部分室外型大功率无线AP的首选,其优异的性能远远领先于竞争对手。直到现在,5GHz 的11n的大功率设计似乎也只能选择SE5004,11ac的大功率设计只能选择SE5003-L1,也足以说明5GHz频段高功率,高线性度PA的设计难度。本文给出Skyworks的4款名称产品的性能数据。

SKY65174-Performance 

SKY65174性能

SE2576-Performance

SE2576性能

SE5004-Performance

SE5004性能

SE5003-L1-Performance

SE5003-L1性能

文末,写点与技术无关的内容。科创笔记小站坚持原创内容,与读者分享实用技术经验,这样的网站在国内很少见,也因此受到了很多读者的喜爱,这令笔者感到十分欣慰。注明出处的情况下,笔者十分欢迎读者转载。然而,一些读者将本站内容转发至其他商业网站时,去掉了本站的所有信息。转载去掉关键词链接可以理解,但至少得留个URL吧;不留URL也行,至少得写明出处吧;就算笔者足够宽容允许转载者不写明出处,总不能加上自己的水印吧。为了照顾读者的阅读感受,科创笔记一直不为插图增加水印,但为了对抗厚颜无耻的侵权行为,科创笔记后期的文章会全部增加水印,并考虑对已发文章做同样处理,望读者理解。

lics

2015年11月29日

25 thoughts on “WiFi产品常用射频功率放大器汇总

  1. 楼主请教一个问题:

    一个2.4G-2.5G频段的PA,可以在802.11或802.15.4的射频芯片中使用吗?
    如果可以的话,那么一个PA在写典型应用时为啥要强调:802.11b/g/n/ac Applications或802.15.4 and ZigBee Applications呢?你直接写个2.4-2.5G不是很好嘛? 谢谢

    1. 大部分PA都是可以的,802.11的应用要求PA在通带范围内增益要足够平坦,线性度要足够高。

      我觉得是为了方便客户,就像很多半导体公司的官方网站一样,可以按照Products分,也可以按照Applications分,用户找起来会很直观,同样,用户看到Datasheet也会很直观。

  2. 楼主,能否推荐个农村家用的移动、联通手机信号放大器呢?家里只要下雨,下雪或晚上手机就没信号了,十分不方便。

          1. 嗯,试试吧,感觉这东西已经很成熟了,指标不会相差很多。

  3. RFPA5201E的指标我有点奇怪,29dbm的output power,经过开关之后要衰减掉1吧。如果在这么高功率下,按照常理,峰均比要比29高8左右,峰值功率会达到37左右。有点恐怖的数据吧。

    我见过一些大功率ap设计,用两个pa合成一路,总体电流应该不会小于1000mA。

  4. 针对PA工作带宽问题想请教下楼主?
    我采用SE2576做了一款大功率2.4G模块,采用的是普通窄带2.4G芯片速率2M/GFSK,PA锂电池3.7V供电功率在频谱上看到31个dBm,但实测通讯距离和抗干扰性能却很不理想(比普通20dBm的PA距离多1/3),不知道是不是EVM的问题。

  5. 多谢回复!
    接收灵敏度已测试正常,电源纹波也在合理范围,天线也匹配就是搞不懂问题所在,现在准备选一颗for ZigBee 窄带PA再试试,芯片官网针对应用是有分WiFI和ZigBee 区分,目的就是想看看两者应用是否有区别。

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