2.4GHz外置射頻前端模組芯片的介紹

在 Wi-Fi 無線網絡射頻的架構下，有3個關鍵的重要元器件確定了Wi-Fi系統的性能指標，它們分別是Wi-Fi射頻主芯片（Wi-FiChipset），前端開發射頻器件如功率放大電路、低噪放、開關或模組（PA/LNA/SwitchorFront-EndModule）以及天線（Antenna）。
Wi-Fi技術歷經了二十年的發展，以便提高其聯接高效率與傳送速度，調變技術（Modulation）與無線網絡推流數目（SpatialSteams）也擁有特大的更改，因為這種更改，也讓整體Wi-Fi設備的設計方案越來越變得的繁雜。
舉個事例，在最新Wi-Fi6的技術中，頻率調變技術由原來的 OFDM 更新到ODFMA，調變也由256QAM提高到1024QAM，推流數目也從最早的1x1進階到2x2、3x3、4x4，甚至到8x8，回到設計方案面，越是高效率高傳送速度的設備也就意味著變得繁雜且高規格的設計方案，這種新的技術與變革也對前端開發射頻器件帶來了新的挑戰，例如變得線性的功率輸出，更低的EVMFloor，更高的高效率與更強的接收機靈敏度等等這些…
材料科學的飛速發展也推動了射頻器件的發展，現如今流行的外接Wi-Fi功率放大電路工藝為砷化鎵（GaAs），因為砷化鎵有優秀高頻傳輸且具有高頻、抗輻射、耐高溫等特性，所以目前的射頻功率放大電路，以砷化鎵IC所表現出的線性功率（Linearity）與使用高效率（Efficiency）最為優秀，因此廣泛應用在流行的商用無線通訊設計方案中，尤其是在Wi-Fi與移動通信上（3G/LTE）。
 

以下是 Internal PA 與 External FEM 的主要差異表：

Power Added Efficiency （PAE）是評估無線功率放大器與設計無線傳輸系統時的一個關鍵參數，主要是針對放大器中直流電源（DC）供電能量轉換成交流（AC）射頻信號放大的能量轉換效率，PAE 不好的功率放大器，會將大部分的能量轉換為熱能，導致放大器本身的效率下降，進而影響整個通訊系統的傳輸品質。

PAE （%）的計算公式如下：

以 Qorvo 的 Wi-Fi 6 2.4GHz FEM 作為例子來計算 PAE：

上圖為 QPF4228 在不同發射功率下所消耗的電流， QPF4228 為 Qorvo 針對高通 Wi-Fi 6 企業級無線路由器平臺所量身定制開發的 2.4GHz 外置射頻前端模組芯片，根據技術規格文檔，QPF4228 在 3.3V 供電，發射功率 22dBm 時的耗電流為 200mA，QPF4228 本身的增益為 33dB，套上 PAE 的公式再經過一連串的單位轉換后所計算出來的結果為 24%。

為了簡化復雜的運算，Qorvo 提供了方便的研發工具，該計算器能夠協助工程師們更快地計算功率放大器功耗 PAE/Pdiss/Tj，鏈接如下：

https://www.qorvo.com/design-hub/design-tools/pae-pdiss-tj-calculator

利用 Qorvo 提供的開發工具來計算 QPF4228 的 PAE，可以得到以下的結果：

越大的 Wi-Fi 信號覆蓋范圍會帶來越好的使用體驗，要有好的 Wi-Fi 覆蓋范圍就必須有更大的發射功率與更高的接收靈敏度，然而，這代表整個 Wi-Fi 系統所消耗的功率也會增加，功率增加的結果也順便帶來了系統散熱設計上的挑戰，我們必須承認，iPA 為 Wi-Fi 設備的開發商帶來最直接的好處就是“成本優勢”，如果 iPA 就能滿足客戶的規格與設計，那么 External FEM 貌似就顯得有點多余了，如果今天客戶所設計的產品對于連線的覆蓋范圍、外觀（精致小巧的機構設計，如 Wi-Fi Extender 或是Wall Plug）與整體耗電功率（如PoE）有所要求，那么如何選擇一個高效且穩定的外置 FEM 就是設計者的重要課題。