音频功率放大芯片——LM386

朋友们，今天我们来学习音频功率放大芯片：LM386，它主要用于电池供电的、低电压、小功率消费类电子产品中。如图1.

图1 音频功放芯片——LM386

根据芯片型号的不同，其工作电压范围，及放大功率等参数有所不同，这是不同型号芯片的性能参数对照表。如下表1.

表1 性能参数表

下面我们依次了解其各个引脚的功能，这是LM386芯片的原理图，第1和第8引脚用于调节增益，我们外接电容和电阻，来设定芯片的增益值。如果悬空，则默认增益为20。第2引脚为反向输入端，第3引脚为同向输入端。电压信号在芯片内部，经过三级功率放大，从第5引脚输出，使用时先将第5引脚外接退耦电容，再接入喇叭等输出设备即可。第4、6引脚接入电源的负极和正极。第7引脚为旁路引脚，用于滤除噪声。如图2.

图2 LM38/6的引脚图

图3为芯片在放大增益为20时的接线图，此时，第一、八引脚悬空。

图3 放大增益为20

如果我们接入一个10微法的电容，则放大增益变为200，如图4.

图4 放大增益为200

如果再串接一只电阻R，那么，就可以任意调节增益值，如图5.

图5 通过电子来调节增益值

接入电阻的阻值，与增益放大倍数的关系，可以通过以下这个公式1计算。

公式1 增益计算公式

其它外围器件有什么作用呢？第3引脚外的10千欧姆的可调电阻，用于调节输出的音量。第7引脚外接旁路电容，用于滤除噪声。我们增大这个电容的容量，那么就会减缓直流基准电压上升，或下降的速度。第5引脚外接耦合电容，它的作用是隔断直流电压，同时耦合音频交流信号。如图6.

图6 外围元件介绍

我们可以看到，LM386的外围电路很简单，使用非常方便，但缺点也很明显：功率放大倍数不高，这也是限制其应用的原因之一。

“小型化、高效率、大带宽”，「优镓科技」研发 5G 基站端氮化镓射频功放芯片

图 | Unsplash@ Macau Photo Agency

5G基站的建设采取大规模多天线技术（Massive MIMO）并要求高频宽带高效率，由此功放芯片等元器件性能的提升面临更大的挑战。

近期，36氪了解到一家专注高性能射频氮化镓 (GaN) 功率放大器芯片的 IC 设计公司——优镓科技（北京）有限公司（以下简称「优镓科技」），公司创立于2019年10月，属于比较典型的由学校知识成果转化而来的项目，创始团队成员均来自于清华大学电子工程系，目前刚完成第一代样片的设计和流片，正处于测试、送样阶段。

「优镓科技」曾于2019年10月获得了过千万元天使轮融资，由英诺天使领投，常见投资、腾飞资本、清华DNA基金跟投。

针对 5G 基站建设提出的新要求，GaN 相比于其他方案的优势主要体现在以下方面：1）小型化，GaN 在功率密度上的优势使得芯片体积大量缩小，对于整机系统的尺寸有巨大改进；2）高效率、高频率，GaN 可以工作在更高的频率，提供更宽的信号带宽，同时实现更低的系统能耗，据公司介绍，5G 基站 AAU 实测中 PA（射频功放芯片）能耗开销占比可达44%，GaN 方案将在很大程度上降低基站能耗。

图 | 优镓科技

在 GaN 功放芯片的设计方面，难点主要在于如何在小型化的基础上达到其他性能点上的要求 ，比如如何散热、保持更高的线性度、工作效率。「优镓科技」CEO 黄飞告诉36氪，公司在成立不到一年时间里能够推出第一代样片，是因为核心的设计方法和原理验证经过了学校实验室十余年的反复迭代和不断验证，“公司这段时间主要工作是把相对来说比较成熟的技术做产品化的设计”。 据介绍，未来公司将保持每季度一次迭代的速度，计划在明年推出量产级别的芯片。

产品优势方面，黄飞介绍，公司一方面优势在于做的是国内自主可控、完全自主研发的功放产品，另一方面核心团队在宽带 Doherty 功放电路架构有十几年经验，样片初测结果显示，和国外主流的头部器件厂商相比，第一代产品性能指标已经达到同一水准。下一步「优镓科技」将通过不断迭代使得产品在性能指标上更具有优势，达到设备商对于产品性能的需求。

尽管成立时间不长，公司核心团队已经进行了十多年功率放大器的研究设计，未成立公司前，团队就与华为、中兴、大唐等设备制造商有过紧密合作，部分核心关键技术已批量应用，据黄飞介绍，由于客户多集中于运营商以及头部通信设备商，目前的研发主要针对客户的需求提供比较直接的解决方案。

生产模式上，「优镓科技」采取 fabless 轻资产模式，专注芯片电路设计与销售，将生产、测试以及封装等环节外包。除了基础设备投资上的权衡，另一部分还考虑到公司的灵活性，“5G建设早期这个阶段，从运营商到设备商各个性能点还在不断变化，这种模式能够面向市场灵活快速地响应各方的新需求 ”。

未来量产方面，公司告诉36氪，有两个核心的关键点，一是在已有的 fabless 生产模式上，如何保证产品发挥出最佳的性能，这对设计方法以及工艺的熟悉度要求比较高，公司的团队在这一点上已经有了突出的技术实力和准备；另一方面公司还在推进量产阶段产品一致性的控制，团队正加大投入并准备扩充相关人才的储备。

基站应用中， LDMOS 方案仍为目前主流方案。「优镓科技」认为，在未来几年内，由于价格以及稳定性的考虑，LDMOS 仍将占有一定比例的市场份额，然而随着 GaN 方案性能优势的突出，价格的下探，性价比提高，GaN 将会逐步替代 LDMOS 方案。

传统的基站功率放大器领域由飞思卡尔（Freescale）、恩智浦（NXP）、英飞凌（Infineon）垄断，集中提供 LDMOS 方案。黄飞认为国内 GaN 功放芯片的初创公司更多的机会在于丰富产业链，一方面为设备商提供差异化产品，另一方面也降低了设备商供应链的风险，避免采购过于集中。

目前国内外设计和生产基站射频PA的厂商（包括IDM、Foundry和Fabless）并不多。有代表性的 IDM 包括Qorvo、英飞凌、NXP、Cree、日本住友、ADI、MACOM，以及我国的苏州能讯，有代表性的Foundry有稳懋、GCS、三安光电、海特高新、欧洲的 UMS 以及被中国益丰电子收购的OMMIC。

产品竞争策略方面，据黄飞介绍，一方面产品的性能指标较多，「优镓科技」在宽带以及线性度上的优势比较明显，但差异性可能更多体现在产品设计的思路上：公司侧重基于 GaN 材料设计芯片模组的解决方案 ，虽然如今市面上使用更多还是 LDMOS 和低集成度 GaN 器件方案，但是公司认为厂商们还有更多的小型化需求，待模组方案达到落地标准，市场一定会被打开。

团队成员方面，公司核心团队均来自清华大学电子工程系，CEO黄飞拥有该系本硕博背景，首席科学家陈文华教授系清华电子工程系长聘教授，长期专注于高效射频功放与线性化技术研究。

根据 Yole 的预测，GaN 射频器件市场预计到2024年成长至20亿美元，6年 CAGR 达到21%。主要的市场增长来自无线通信基础设施和军工。5G的普及将推动 GaN 在无线通信的市场达到7.5亿美元。在长远规划上，黄飞表示公司比较关注技术本身所擅长的一些应用场景，如小基站、WiFi6 的企业网以及卫星通讯地面设备等相关场景。

公司目前有融资需求，新一轮融资主要用来完成团队进一步扩充和加大产品研发投入。

拓展阅读

站在“新基建”浪潮上的第三代半导体产业 (上)

一文读懂5G建设的市场格局、投资主题与时间窗口

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