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GaN完美解決5G挑戰

發表時間:2016/9/8  來源:Qorvo官方微信  瀏覽次數:7270  
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在近日舉行的線上研討會上,Qorvo無線基礎設施和國防產品大客戶銷售經理萬文豪就“如何利用GaN擴展5G基礎設施網絡”的話題給大家做了精彩的分享,小編整理后摘要如下。

1

 

毫米波頻譜的應用、大規模 MIMO系統、高級編碼和調制方案以及集成式回程和云接入等新興關鍵技術共同使5G成為可能 。但是隨著數據速率的快速增長,更高的頻率和帶寬需求成了新一代網絡開發者必須解決的問題,再加上運營商們降低成本的附加要求,5G的實現充滿挑戰。

這些,都將是5G面臨的挑戰:

  • 最低工作頻率從 2.6GHz 到 28GHz

  • 瞬時帶寬從 20MHz 到 1GHz

  • 功率放大器的平均輸出功率將從 60W攀升至 100或120W

  • 減少能耗提高效率

  • 降低總體物料成本

  • ……………

 

從幾點重要特性了解GaN

“GaN”指氮化鎵,一種 III-V 族半導體器件。這種器件的關鍵特點是,它們有著較高的帶隙電壓,約 3.4 電子伏,而較高的帶隙電壓意味著半導體器件可以承受較高工作電壓,更高的電壓則意味著開啟了通往較高功率應用的大門。

2

 

不同材料的能隙與擊穿電壓對比

GaN 可以實現更高的功率密度。對于既定功率水平,GaN具有體積小的優勢。有了更小的器件,則可以減小器件電容,從而使得較高帶寬系統的設計變得更加輕松。

 

3

 

既定功率水平下相同電路不同材料的體積對比

GaN完美解決5G挑戰

GaN讓功率放大器設計變得簡單

4

 

假設我們在設計一個如圖所示的 100W 放大器,根據經典的負載線路理論,在理想狀態下,對于給定電壓和功率,所需負載為電壓的平方除以2 與功率之積。對于基于 LDMOS 技術的 100W 器件,在電壓為 28V時,所需負載線路電阻3.92Ω。而采用 GaN 技術,在 48V 條件下,所需負載線路電阻為 11.52Ω。在電路板上,把 11.52Ω 轉換成 50Ω 比將 3.92Ω 轉換成 50Ω要簡單得多。

 

GaN具有高功率密度

 

5

 

左側的 LDMOS 器件是市場上較高功率的產品之一,其峰值輸出功率大于229W,中間所示為一種 GaN 器件,其寬度僅為 400 密耳,有望輸出至少350W的功率。再往右是一款較小的外圍器件,其尺寸為 6.6x7.7mm,輸出功率為75-100W。高功率密度意味著更小的尺寸,同時意味著更小的PCB板面積。

 

對于給定功率水平,GaN 器件的能耗較低

較高的功率密度使得GaN器件只需較少的電池就可以輸出、定量的功率。例如,基于硅的器件可能需要把 8節電池組合起來,以實現給定的功率水平。憑借功率密度較高的 GaN 器件,只需要2 節電池即可實現同一量的功率。因此,采用 GaN器件后,組合損耗會減少,以此實現更高的增益和效率。事實證明,相比傳統的硅LDMOS器件,GaN器件在效率上平均提高10%。

 

GaN器件適合高頻率、寬帶寬的應用

采用較小器件的另一個衍生優勢是輸出電容減小了,小電容適合高頻率應用。另一方面,器件的電容較低意味著輸出電抗較低,而較低的輸出電抗可以直接實現匹配網絡,這種網絡支持較寬的帶寬。

 

最重要的是,GaN有利于節省成本

6

 

  • 在給定功率條件下,基于 GaN器件的設計組件數量少,所需 PCB 面積小

  • 工作在較高電壓下的 GaN 器件的能耗低,降低電源方面的物料成本

  • GaN器件的能效高,從而減少了電力損耗,降低了運營商運維成本、

 

本次線上研討會,主講人萬文豪還為大家闡述了運用GaN器件時可能會遇到的技術挑戰,以及Qorvo最新GaN產品的性能參數,小編將在下幾期推送中呈現相關內容。


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