跟着5G毫米波预期行将进入商用，职业内要害公司的研制正在顺畅推动，现已完结定制组件方针划定、规划和验证。完成未来毫米波5G体系所需的根本组件是射频前端模块(FEM)。该模块包含发射机的终究扩大级以及接纳机中最前端的扩大级以及发射/接纳开关(Tx/Rx)以支撑时分双工(TDD)。FEM有必要在发射形式下具有高线性度，并在接纳形式下具有低噪声系数。由于毫米波5G体系或许需求用户终端选用多个FEM构成相控阵架构或开关天线波束架构。因而FEM有必要选用高效、紧凑和低成本的办法完成，且最好能简略操控和监测。
本文介绍了契合以上一切要求的28GHz 5G通讯频段(27.5至28.35GHz)射频前端模块MMIC(单片微波集成电路)的规划、完成和验证。该射频前端由Plextek RFI公司开发，选用WINSemiconductors(稳懋半导体)的PE-15 4V电压、0.15μm、增强型GaAs PHEMT工艺完成。它选用紧凑型低成本且兼容SMT(表贴)装置的5mm x 5mm二次注塑兼容QFN封装，适用于大批量、低成本的制作。它包含27至29GHz，因而支撑完好的28GHz 5G频段。
1.规划方针
FEM发射通道的规划着重于功率回退下完成高功率，以供给线性扩大，这是5G通讯体系提出的要求。功率回退下的方针功率附加功率(PAE)定为6%，三阶交调(IMD3)低于-35dBc(功率回退值：从1dB紧缩点开端大约退回7dB)。对应1dB紧缩点(P1dB)的RF输出功率定为20dBm。而接纳通道需求在十分低的电流耗费下(最大15mA，+4V电源)，完成低于4dB的噪声系数(包含开关损耗)。
射频前端MMIC的功用框图如图1所示。发送信号途径从图的上半部分中的左边延伸到右侧;输入端口坐落标有“PA_RFin”的引脚上。输入信号由三级功放(PA)扩大，然后经过RF功率检测器和单刀双掷(SPDT)开关衔接至天线。片上定向功率检测器可监测发射出的射频输出功率，而且片上集成了温度补偿功用。带补偿的功率检测器输出由电压“Vref”和电压“Vdet”之间的差值决议。芯片内集成了由(低电平有用)逻辑信号“PA_ON”操控的快速开关赋能电路(图1中的PA赋能电路)。可在发射和接纳形式之间切换时，快速给PA上电和断电，从而在PA不用时到达仅运用0.1mA的电流，最大极限地进步整个体系的功率。
图1：28GHz 5G通讯射频前端模块芯片的功用框图
PA通常会作业在从紧缩点回退几dB的条件下，以坚持其发射的调制信号不严峻失真。规划办法是优化功率扩大器作业在P1dB点回退7dB左右的功能。为了在该作业条件下到达较优的PAE，PA将偏置在深AB类。
2.规划折中战略
该规划起始于对候选单元晶体管进行器材级仿真。这项仿真作业可以获得如器材尺度、偏置点、方针阻抗、PA级数和驱动器比率等要害信息，为后续精密的功率扩大器规划奠定了坚实的根底。
这项作业的一个重要部分在于确认怎么最大极限地进步功率回退下的PAE。一般来说，可经过下降器材静态偏置电流密度来完成。可是该办法中电流密度可往下调的规模受限于增益和线性度束缚，由于这两者都跟着电流密度的下降而恶化。功率回退条件下的PAE和增益与线性度之间有清晰的折中联系。
规划中首要关怀的线性度方针是在功率回退条件下，IMD3有必要小于-35dBc。如图2所示，在偏置电流下降的情况下，IMD3功能对基频负载条件特别灵敏。图2a显现了偏置为深AB类的8×50μm器材在4V、75mA/mm时的负载牵引仿真成果，并标出了P1dB下的PAE最佳点对应的负载。该图还给出了仿真所得该最佳负载和功率回退条件下IMD3的功能，标明离-35dBc的方针还有大约4dB的裕度。仿真的PAE在该功率回退条件下约为15%，且该功率只计入器材的效果，不包含任何输出损耗。图2b显现了相同器材和偏置作业条件下，P1dB功率最佳点对应的负载以及IMD3等信息。发现在相同的相对功率回退情况下，其IMD3的功能显着更差，超出方针5dB以上，而此刻PAE和前一种条件类似，约为15.7%。
图2：P1dB条件下最佳PAE对应的阻抗点以及对应的功率回退条件下的IMD3(a);P1dB条件下最佳功率对应的阻抗点以及对应的功率回退条件下的IMD3(b)。
进一步评价了史密斯圆图上的其他阻抗点下，功放的P1dB和功率回退两种条件下的功能。图2a中的负载条件显着具有最好的归纳功能，因而被选定用于输出级规划。终究挑选了52mA/mm的偏置电流，并挑选了8×50μm器材作为输出级的根本单元，以满意功率方针要求。并依据总的传输增益方针确认了需求三级扩大。
