Table of Contents
כמו 5G רדיו חדש (NR) תשתיות נעות פריסות ראשונית להדחנת רחב היקף, הדרישות להציב על מגברי כוח RF הפכו להיות מועצמת.מתמוך רוחב פס רחב יותר, תוכניות מודולציה מסדר גבוה יותר, ומערך אנטנה מסיבי דורש מגבר כי הם בו זמנית יותר לינארי, יעיל יותר, וקומפקטי יותר מאשר 4G קודמיו.
התפתחות ארכיטקטונית: מ-one-Ended to Multi-Modeאינטגרציה
מגברי מאקרו מסורתיים השתמשו לעתים קרובות טרנסטור אחד כוח גבוה בתצורה של Class-AB, עם זרמים חיצוניים ונועלים לנהל השתקפות. 5G NR, עם זאת, דרישות אדריכלות שיכולה להתמודד עם יחסי כוח שיא עד ממוצע מעל 10 dB תוך שמירה על יעילות ממוצעת גבוהה. 3 אסטרטגיות אינטגרציה הופיעו דומיננטיות: aסימטרית Doher ampls, מעטפות (מגברים), מאוזנת), ומדגישים).
Doherty Amplifiers in Compact Multi-Chipמודולs
האדריכלות הדורטית, חלוצית לפני עשרות שנים, הושקה מחדש עבור 5G באמצעות מעגלים משולבים מיקרוגל מונוליטי (MMIC) מודולים דוהרטי מודרניים משלבים את המוביל ופסגות מגבר, פיצול, פלט מקבץ, ורבע גל-גל אימפולסים משולבים לחבילה אחת.G ניטריד (GaN) Doty Doty Doty MMICs יכול להשוות בין 60-N) ל-D2, 000 מוליכים למחצה, כמו מוליכים למחצה, 000 CREF, 000.
שילוב של אינטגרציית צוללת 6 GHz
מעקב אחר Envelope מתאים את מתח ההיצע המגבר בזמן אמת לעקוב אחר המעטפה האות, השגת יעילות שיא בטווח דינמי רחב.האתגר הוא שילוב של מנטרול הקטן במהירות גבוהה עם מגבר RF עצמו. ההתקדמות האחרונה במודולים מבוססי CMOS ו- GaN RF כוח טרנסיסטורים אפשרו מודולים מעקב חד-פעמי שפועלים במעבר מעל 100 הרץ, לדוגמה, 000 יחידות של CG, אשר משלבות פתרון של 50GR.
שילובים של נהיגה
בחירה חומרית נותרה הגורם החשוב ביותר להגדיר את המעטפה של RF מגבר.בעוד סיליקון LDMOS שימש 2G ו 3G באופן אדמירטיבי, 5G NR-6 GHz ו mmWave תדרים דורשים צפיפות כוח גבוהה יותר, לינאריות טובה יותר ורוחב רחב יותר.השילוב עוצב על ידי שלוש פלטפורמות חומרים מתחרות.
גליום ניליד: הבחירה הדומינינטית של ה- Sub-6 ו- mmWave
GaN על סיליקון או GaN על סיC מאפשר ניתנות חשמל של 5-10 W / mm, סדר גודל גבוה יותר מ LDMOS. זה מאפשר למתכננים להשתמש טרנסיסטורים קטנים יותר פיזית, אשר בתורו להפחית אפקטים parasitic וסימולציות מתג תואם את שילוב רשת C-N2700 (למשל, CV) משולב שבבים רחב של NVN) כולל שבבים בגודל של N2N) MM (N) תומך גם הוא תומך בטמפרטורות מעל 200 מעלות צלזיוס, , , , , , , CM-N2N) , , , , , , , CM-NUM 257 , 000 , 000 , , , 000 , , , 000 , 000 , 000 CM) , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 MM) , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000 , 000
גליום ארנסןד ו-InP עבור שרשרת קבלה גבוהה
בעוד שגנון שולט בנתיב השידור, גליום ארסנגיד (GaAs) ו-Indium phosphide (InP) נשאר חשוב עבור מגברות ורמות הנהג, במיוחד בשרשרת המקבלת שבו נתון רעש הוא ראשי תיבות של אינטגרציה כאן להתמקד על שילוב משותף של GaAss עם GaNs בדלפק הקדמי (FEMs) מרשים כגון פילטרים של קובצי Cookie / FST עבור כל אחד של קובצי Cookie עבור קובצי Cookie / FST.
Digital Pre-Distortion: The Cornerstone of Linear Efficiency
אין אינטגרציה מודרנית של מגבר RF משלימה ללא יכולת טרום-התאמה דיגיטלית מוטבעת (DPD).DPD מעצבת דיגיטלית את אות הקלט כדי לבטל את עיוותים הלא לינאריים של המגבר, ומאפשרת לרש"פ לפעול קרוב יותר לדחיסה - שבו יעילות היא הגבוהה ביותר - בעוד עדיין עמידה בספקטרום ובגודל השגיאה (EVM) דרישות.
DPD ו-DPD ל-5G NR
אותות 5G NR יכולים להכיל עד 400 MHz של רוחב פס מיידי (sub-6 GHz נושא aggregation) מודלים מסורתיים של זיכרון-polinomial DPD נאבקים עם אפקטים זיכרון על פני רוחב פס רחב כזה.אדריכלות ניור מעסיקים רשתות עצביות או וקטורת סחף עם מאות של אפקטיביות, משולבים ישירות לתוך מודול מוטבע באמצעות FPGA או חברות 7 כמו טקסס , כלומר, 000 שניות , 000 â â ¢ ¢ â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ â â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ â ¢ ¢ â â ¢ ¢ ¢ ¢ â ¢ ¢ ¢ â ¢ ¢ â â ¢ â â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢
שילוב של מקבלי תצפית עבור Loopback
כדי לתמוך ב- DPD המותאמים, מודול המגבר חייב לכלול מסלול משוב: זוג, מורד, ו- ADC שמדגימות את הפלט של הרש"פ.אינטגרציה של המקלט ההתבוננות הזה (ORx) לתוך אותה חבילה מבטלת רכיבים חיצוניים ומפחיתה את שטח ה- PCB.מספר מצא עכשיו מציעים מוצרי GaN PA עם ORx משולבים המספקים 30DB של בידוד, ומאפשרים ל-DPD לתקן את ה- ללא הפרעות קדימה.
MIMO Massive ו-The Drive for Extremeאינטגרציה
תחנות בסיס Massive MIMO דורשות 64, 128, או אפילו 256 רשתות טרנזיר עצמאיות עבור כל מגזר. integrating a RF מגבר לשרשרת דורש רמות חסרות תקדים של צפיפות רכיב, ניהול תרמי ועלות לוואט. 3 גישות שילוב הם החלים עבור אימוץ.
« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « דיסטריילרים « אכזב FEM ← ← מהדורות של TERST TERD TERST TERST TERD TERST TERD TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST TERST
הגישה הנפוצה ביותר עבור מערך 64-element כיום משתמשת במודולים של דיסקרטי GaAs הקדמי מסודרים ברשת על קישור חד-משמעית גבוהה.כל FEM משלב את הרש"פ, LNA, מתג ומנוע כוח מתון DPD. גישה מודולרית זו מפשטת בדיקות ותיקון אבל תוצאות טביעת רגל גדולה ומורכבות.
Semi-Integrated Beamforming ICs with Watt-Level PAs
רמה גבוהה יותר של שילוב משתמשת IC מצורף הכולל משמרות שלב, משתנים להשיג מגבר, ופלט של הרש"פ עבור 4-8 אלמנטים שבב יחיד.עבור mmWave, 5G NR n257 (28 GHz) מדגימים את ICs מ Anokiwave ו Analog התקנים משולבים 8 ל 16ceive ערוצים, כל אחד 16G תפוקה ליניארית, לתוך 10 מ"מ"ג מערכת אחסון עם שבבים CG.
גישה מלאה למערכת-in-Package (SiP)
גבול האינטגרציה האולטימטיבי הוא מערכת-in-package, שבו כל הרדיו -RF מגבר, למעלה / מורדים, מסונתז, DPD דיגיטלית, ואפילו חלק של ה- Baseband - נמצא בתוך חבילה אחת. חברות כגון Qualcomm ו MediaTek הוכיחו את הפתרונות SiP עבור 5G תאים קטנים המשלבים את GaAs מת עם 28nm CMOSr, בעוד מחסנים 15xto ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
ניהול עשיר באינטגרציה גבוהה
עם מגברים ארוזים אי פעם יותר צפופה, פירוק חום הפך משמורת עיצוב מסדר ראשון. A טיפוסי 64-element מסיבי MIMO עם GaAs PAs יכול לייצר 300-500 W של חום פסולת, מרוכז במהירויות נפח קטן. אסטרטגיות אינטגרציה חייב לכלול תרמי באמצעות, התפשטות חום, ולפעמים נוזל קירור ברמה.
« «הרומים ו- Flip-Chip Assembly
מודרני GaN-on-SiC למות הם לעתים קרובות t-chip מותקן על תת-קרקעית מוליכים גבוהה - לאומיnum nitride או סיליקון-carbide מבוסס להלמונים - עם נחושת תרמית דרך ישירות מתחת לאצבעות transistor.זה מבטל טפילטיקנים אג"ח ומספק שיפור של 50 אחוזים בהתנגדות תרמית בהשוואה לחבילות חוטים שנמצאו כעת, אשר פותחים חלק ממשטחי נחושת.
מערכת קירור יעילה
עבור מערך הדחיסות הגבוה ביותר (למשל, 256-element mmWave יחידות אנטנה פעילה), כיור חום פסיבי הם לא מספיק.אינטגרציה יכול לכלול ערוצים מיקרו-fluidic הנדחים ישירות לתוך המודול substrate, המחבר יחידת קירור מרכזית באמצעות צינורות במהירות-דיסקה מחובר.
בדיקות ושילוב למדידה
כמגברים הופכים ליותר משולבים, לבדוק אותם על קו הייצור גדל מורכב יותר.כל מודול חייב להיות מאופיין על רווח, יעילות, לינאריות (ACLR, EVM), ותגובה טמפרטורה על פני מספר 5G NR נושאות.
נבנה-עצמי-Test (BIST) לשימוש בייצור ושדה
מודולים משולבים רבים כוללים כיום מנוע BIST: ADC קטן סיביות וגלא גלאי כוח המאפשר מודול לבחון את הפרמטרים RF העיקריים שלו ללא מכשיר חיצוני.זה נתונים BIST ניתן לזרם באמצעות אוטובוס הבקרה הדיגיטלית ומשמש להגדרות הטיה משולשת במהלך ה calibration במפעל.In the field, הוא מאפשר ניטור מרחוק של בריאות הרש"פ, לחזות כישלונות לפני שהם משפיעים על KPI, לדוגמה של MDC / סטטיסטיקה משולבת של , כולל סטטיסטיקות של טרשת נפוצה של טרשת נפוצה של טרשת נפוצה של טרשת נפוצה של טרשת נפוצה של טרשת נפוצה.
Over-the-Air (OTA) בדיקות אתגרים במסיבי MIMO
כאשר מגברים משולבים במערך אנטנה פעיל, גישה לבדיקות התנהגותית הופכת לבלתי מעשית. OTA מדידת מערכות קובעות את המערך בתא אנכוכי ומדידות את התבנית המשולבת קורנת.זה משנה את נטל המבחן מהמגבר לבדו למערך כולו, הדורש טכניקות קירור חדשות כגון ריבוי V-NA מבוסס back-projection.com מפתחת 204Glimates (כ-R) עבור אינטגרציה של 3GR.
תחזית עתיד: AI-Optimized Amplifiers ושילוב נוסף
במבט קדימה, הגבולות של שילוב מגבר RF יידחו על ידי למידת מכונה וטכנולוגיות אריזה חדשות. אלגוריתמים AI מאומן על מגוון רחב של תוכניות מודולציה, טמפרטורות, ותנאים ההזדקנות יכולים לייעל מתחים הטיה, DPD coefficients, ואפילו את היכולת של כל מגבר בזמן אמת.
חדשנות חומרית תמשיך עם הדור הבא של GaN-on-diamond וגאון-on-quartz substrates, גינויים כוח מבטיח של 15 W /mm ו מוליכות תרמיות חמש פעמים יותר טוב מ-סיליקון carbide.ההתקדמות הזו תאפשר עוד miniaturization של שרשרת הרש"פ כולה - על מנת לבודד רדיוים המשלבים את המגבר עם ה-ceive ו- אנטנה לחבילה חד-מטר.
לבסוף, הכונן לקראת RAN פתוח ו וירטואלי (O-RAN) ישפיע על שילוב מגבר על ידי דרישה לתמיכה ב- Multi-band, פעולה רב-סטנדרטית באותה פלטפורמה חומרה.צפו מודולים עתידיים משולבים כדי לכלול רשתות התאמה מותאמות לממשקים מתקדמים וממשקים דיגיטליים רחבים רחבים תואמים עם O-RAN 7.2 מפרט חזיתי.
מסקנה
השילוב של מגברי RF עבור תשתיות 5G NR עובר טרנספורמציה מהירה, מונע על ידי התקדמות חומרית, חדשנות אדריכלית, ואת הלחץ ללא רחמים להפחית את הגודל והעלות תוך העלאת הביצועים.מ- GaN מבוסס Doherty MMICs ומודולים מעקב המעטפות כדי שילוב משולב מאוד ICs ופתרונות אריזות המערכת, כל מגמה תורמת לדור חדש של כוח-חוש, ליניארי, כמו גם אינטגרציה 5Gates, כדי להאיץ את הטכניקות אלה.