5G帶給功放的一些新轉(zhuǎn)變
5G 無線革命正在給 RF設(shè)計領(lǐng)域帶來巨大的變化,手機和無線電基站的功率放大器也不例外。首先,5G 無線應(yīng)用中的功率放大器芯片與 4G 網(wǎng)絡(luò)中使用的功率放大器芯片大不相同。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202002/409748.htm這主要是因為 5G 傳輸?shù)膶拵д{(diào)制需要功率放大器提供更高效率和更嚴(yán)格線性度;此外,5G 網(wǎng)絡(luò)將采用相控陣列天線聚焦和操縱多個波束,這就對能夠在多個波束之間劃分傳輸任務(wù)的能力有了極高的要求。
例如,對于一個 4×4 陣列的相控陣天線,其功率放大器的功率必須比放大當(dāng)前蜂窩系統(tǒng)中使用的單波束全向信號所需的放大器功率低得多。
值得一提的是,5G 網(wǎng)絡(luò)最初是在 Sub-6GHz 的頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)的。然而,5G 的真正商業(yè)前景會在包括 24 GHz,28 GHz 和 39 GHz 頻段等毫米波(mmWave)波段上體現(xiàn)。換而言之,mmWave 也將給 RF 設(shè)計帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
因此,在密集部署環(huán)境中為各種設(shè)備提供服務(wù)的多輸入多輸出(MIMO)天線將需要具有高效率和嚴(yán)格線性度的功率放大器芯片。具有眾多 RF 前端的相控陣 MIMO 天線還需要更高集成度的功率放大器,進(jìn)一步降低芯片的方案的成本。
關(guān)于這種現(xiàn)狀,我們可以從包括 PA 模塊,PA 雙工器,開關(guān)功率放大器和雙工器(S-PAD),PA 模塊集成雙工器(PAMiD)和總無線電模塊(TRM)的 PA 設(shè)備上一覽無遺。
新的集成里程碑
PA 模塊已經(jīng)成為集成的基石,因為它的存在進(jìn)一步減少了 5G RF 前端的部件數(shù)量。5G 網(wǎng)絡(luò)具有更多頻段,并且要求 PA 模塊中提供更多的 RF 開關(guān),濾波和功率放大元件。因此,隨著 5G 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,PA 模塊的復(fù)雜性將不斷增加。
在 4G 無線領(lǐng)域,將能覆蓋多個頻段和技術(shù)的元器件集成中一個 PA 模組中的壓力已經(jīng)迫使許多小型供應(yīng)商破產(chǎn)。到了 5G 時代,將更多元件封裝到 PA 模塊中的壓力可能會進(jìn)一步增加。
5G 無線革命正在給 RF 設(shè)計領(lǐng)域帶來巨大的變化,手機和無線電基站的功率放大器也不例外。首先,5G 無線應(yīng)用中的功率放大器芯片與 4G 網(wǎng)絡(luò)中使用的功率放大器芯片大不相同。
這主要是因為 5G 傳輸?shù)膶拵д{(diào)制需要功率放大器提供更高效率和更嚴(yán)格線性度;此外,5G 網(wǎng)絡(luò)將采用相控陣列天線聚焦和操縱多個波束,這就對能夠在多個波束之間劃分傳輸任務(wù)的能力有了極高的要求。
例如,對于一個 4×4 陣列的相控陣天線,其功率放大器的功率必須比放大當(dāng)前蜂窩系統(tǒng)中使用的單波束全向信號所需的放大器功率低得多。
值得一提的是,5G 網(wǎng)絡(luò)最初是在 Sub-6GHz 的頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)的。然而,5G 的真正商業(yè)前景會在包括 24 GHz,28 GHz 和 39 GHz 頻段等毫米波(mmWave)波段上體現(xiàn)。換而言之,mmWave 也將給 RF 設(shè)計帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
因此,在密集部署環(huán)境中為各種設(shè)備提供服務(wù)的多輸入多輸出(MIMO)天線將需要具有高效率和嚴(yán)格線性度的功率放大器芯片。具有眾多 RF 前端的相控陣 MIMO 天線還需要更高集成度的功率放大器,進(jìn)一步降低芯片的方案的成本。
關(guān)于這種現(xiàn)狀,我們可以從包括 PA 模塊,PA 雙工器,開關(guān)功率放大器和雙工器(S-PAD),PA 模塊集成雙工器(PAMiD)和總無線電模塊(TRM)的 PA 設(shè)備上一覽無遺。
PA 的基礎(chǔ)技術(shù)
與 4G 的另一個有價值的比較涉及功率放大器的基礎(chǔ)技術(shù)。
在 4G 時代,砷化鎵(GaAs)一直是功率放大器芯片制造的領(lǐng)先技術(shù)。這是因為 GaAs 可以輕松支持功率放大器所需的高電壓。在無線行業(yè)跨進(jìn)了 Sub-6 GHz 通信之后,GaAs 器件同樣也還能占主導(dǎo)地位,但新型半導(dǎo)體解決方案正在爭奪 mmWave PA 制造中的一席之地。
例如,加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校(UCSD)開發(fā)的一種新型射頻絕緣硅(SOI)技術(shù)正在掀起波浪。他們將硅基晶體管串聯(lián)起來,以在功率放大器中實現(xiàn)更高的電壓。堆疊晶體管(串聯(lián)排列的四個晶體管)能為 5G 功率放大器提供必要的輸出功率。晶體管的堆疊不僅增強了整體電壓處理,還消除了與體效應(yīng)和襯底電容相關(guān)的寄生問題。
5G 功率放大器的其他候選者包括氮化鎵(GaN)和硅鍺(SiGe)。GaN 技術(shù)依賴于在容量和熱效率等方面的優(yōu)勢來提高 PA 性能,效率和功率。根據(jù) YoleDéveloppement 的說法,GaN 器件的 RF 市場預(yù)計將從 2017年的 3.8 億美元增長到 2023年的 13 億美元。
5G 設(shè)計世界處于不穩(wěn)定狀態(tài),正如本文所示,功率放大器芯片完全是這種轉(zhuǎn)變的一部分。同樣顯而易見的是,5G 容量革命之旅將影響功率放大器設(shè)計的所有主要方面:物理尺寸,效率,線性度和可靠性。
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