החשיבות הגוברת של מגברי RF ב-Wi-Fiation

התפוצה המהירה של מכשירים מקושרים ויישומים בעלי מידע הציבה דרישות חסרות תקדים ברשתות אלחוטיות. Wi-Fi 6 (802.11ax) ותקני ה-Wi-Fi המתעוררים (802.11be) נועדו לספק ריבוי-gigabit באמצעותput, שקיפות נמוכה יותר, ושיפור יעילות בסביבה צפופה.

מגברי RF ב-Wi-Fi 6 ו-Wi-Fi 7 חייבים לפעול על פני להקות ספקטרום צפופות יותר ויותר - מ-2.4 GHz ו-5 GHz ל- 6 GHz שנפתחו לאחרונה (5.9-7.125 GHz) - תוך תמיכה בתוכנות מורכבות אוטגוניות מרובות גישה (OFDMA) ו- Multi-Fi מרובות-input-code-קידוד (MU-MI) מספק מאמר מקיף של טכניקות הפעלה, אשר מאפשרות אתגרים טכניים, אשר יאפשרו-RF-Tech-Tech-Tech-Tech-Tech-Tech-Tech-Tech, שיטות הפעלה, וטכניקות מודרניות.

תפקידה של RF מגבר ב-Wi-Fi Transceivers

Power Amplifiers (PAs) for Transmission

המגבר הכוח הוא השלב הפעיל האחרון בשרשרת השידור.התפקיד העיקרי שלו הוא להגביר את אות RF המובנה לרמה מספקת לשידור אמין בטווח המיועד.בעיצובים 6/7, הרש"פ חייבת לספק כוח פלט בטווח של +18 dBm ל +25 dBm (עבור מכשירים ללקוח) ו- +25 dBm ל- +30Bm (עבור גישה) תוך שמירה על דיוק גבוה יותר (ממדפסה) או דחיסה מתאימה להפחתה ישירה.

מגבר נמוך (LNAs) לקבלת קבלה

בצד המקבל, ה- LNA מגביר אותות חלשים מהאנטנה עם רעש מינימלי נוסף.הרעש (NF) של LNA הוא קריטי כי הוא מגדיר את הגבול התחתון על הרגישות המקלט.עבור Wi-Fi 6/7, LNAs צפויים להשיג ערכים NF מתחת 2 dB רוחב פס רחב תוך טיפול חזק מחוץ לחסימות ללא ניכוי.

דרישות טכניות מונעות על ידי Wi-Fi 6 ו-Wi-Fi 7 תקנים

סדרי שינוי גבוהים ו- EVM Constraints

Wi-Fi 6 מציג 1024-QAM (quadrature amplitude Modulation), בעוד Wi-Fi 7 סולמות עד 4096-QAM. אלה קבוצות כוכבים צפופות להציב דרישות EVM על כל שרשרת RF.עבור 1024-QAM, רצפת EVM חייבת להיות מתחת -35DB; עבור 4096-QAM, מתחת -38 dB-40B הוא הכרחי כדי קרינת RF כדי למנוע יחס מעולה ל-CO-

Bandwidths ו- Multi-Gigabit Throughput

Wi-Fi 6 תומך רוחב פס ערוץ עד 160 MHz, אבל Wi-Fi 7 מתרחב ל-320 ערוצים MHz ב- 6 GHz הלהקה. Amplifiers שנועדו ל-Wi-Fi 7 חייב לשמור על רווח שטוח (variation 1 dB) ועיכוב קבוצתי נמוך מעכב וריאציות על פני 320 מ"מ מיידיות רוחב פס.זה דורש התאמה רחבה ושימוש בטכנולוגיות רחבות של פסים (בנוסף) בנוסף לדרגה 10B, דורשות, דורשות, דורשות) מ-p-R) על מנת לטפל בדרגה גבוהה יותר (או רוחב פס גבוה יותר (או רוחב פס גבוה) ללא רוחב פס גבוה יותר (p) - 10B) ללא תדירות דורשות) - 10) - 10-p) - 10 - 10-p) - 10-p) - 10 - 10-p-p) גישה מהירה (מספקית משקל גבוה יותר - 10-p) - מעל 10-p) - מאשר דורשות גבוהה של רוחב פס רוחב פס רוחב פס גבוה יותר -2 דורשות (מחדש-p-p) דורשות (או גבוה יותר - מאשר דרישות זהירות - 10-p) - 10-p) דורשות) באופן קבוע דורשות רוחב פס רוחב פס רוחב פס רוחב פס

Multi-User MIMO ו- Beamforming

מערכות Wi-Fi מודרניות מסתמכות על שידורים מרובים ולקבל שרשראות עבור מספר עצום מרחבי ו beamforming. כל מגבר RF במערך MIMO חייב להיות מתואמת היטב ותגובות שלב ברחבי הלהקה התפעול כדי להבטיח רווח beamforming ו-outing דיוק. amplifier-to-ampl וריאציות חייב להיות מבוקרות בקפידה, ו calibration הם לעתים קרובות משולבים כדי לפצות על טמפרטורה לפצות על תהליך.

אתגרים עיצוביים מרכזיים עבור High-Throughput RF Amplifiers

קוהרנטיות לעומת Efficiency Trade-Off

הסכסוך הבסיסי בעיצוב הרש"פ הוא השגת ליניאריות גבוהה תוך מיקסום יעילות מבוססת כוח (PAE) במכשירים מסורתיים בכיתה-AB או Class-B להתנצלות, back-off משפר את הליניליות אך מצמצם את היעילות.עבור אותות Wi-Fi עם גבוה PAPR, הפעלה במהירויות אחוריות של 6-8 dB מנקודת הדחיסה הראשונה (P1dB) היא טיפוסית.

ניהול קומפקטי ב-Common Form Factors

מגברי Wi-Fi בנקודות גישה ומכשירי הלקוח חייבים לנתק חום בתוך חללים מוגבלים.ההתנגדות התרמית מצומת עד ambient (Rth) חייבת להיות ממזערת כדי לשמור על טמפרטורות ערוץ מתחת לגבולות אמינות.אריזות מתקדמות - כגון ספין-צ'יפ, דרך silicon דרך (TSVs), ו-Loublely מוגברת - חיוני.ium Gallridet (N) מציעה התאמה תרמית עם אינטגרציה חיצונית (Gide) אך עדיין עם אינטגרציה גבוהה (Gide) אך עדיין עם RM) עם RM) אך ורקמותהשלבוריד (GD) עם עלויות שלה (Gate) אך ורק עם RMLUM) אך ורק עם RM) עם עלויות גבוהות יותר) אך גבוהה יותר) עם RMLGD) עם RMLUM GDA) אך עדיין גבוהה יותר (Gide (Gide) עם , אך עדיין גבוהה יותר) עם , אך עם RM) עם , אך עם RM) עם RMLUM GDA) עם RMLUM GRMLUM GDA) עם RM (GIRD) עם RMLUM GRM) עם , אך לעיתים קרובות, אך ורקמות

שינוי תהליכים ו-Yeld

הרש"פ מבוססות CMOS, במיוחד בצומת מתקדם (28 nm ולמטה), סובלים משינוי תהליכים משמעותי המשפיע על רווח, ליניאריות, ופלט אימפולסיבית.כדי לשמור על ביצועים עקביים על פני מיליוני מכשירים, מעצבים משלבים טריזציה דיגיטלית, הטיות הסתגלות.

טכניקות מתקדמות ל-Wi-Fi 6/7 Amplifiers

כוח דוהרטי מגביר

הרשות הדורטית היא ארכיטקטורה ידועה שמגבירה את היעילות בכוח בחזרה.זה משתמש במגבר עיקרי (המוחזקת בכיתה-AB) ומגברה שיא (המוחזקת בכיתה-C) כדי לשלב באופן דינמי את זרמים.כאשר המעטפות האות עולה על פני רוחב פס רחב, הפסגות על פני כוח נוסף תוך שמירה על יעילות גבוהה על טווח ייצור של 6B ו-320 מעלות צלזיוס פועל על פני קווי רוחב פס רחב.

Envelope Tracking (ET)

Envelope מעקב משנה את מתח האספקה ההיברידי של הרש"פ לעקוב אחר המעטפה האותות המיידית.זה מאפשר לרש"פ לפעול קרוב יותר לשתקה גדולה יותר של הזמן, שיפור דרמטי של מערכות PAE. ET דורש מגבר קטן עם רוחב פס גבוה (160 מ"ר) וקצב סלואו גבוה כדי לשחזר במדויק את הטופס. עבור Wi-Fi 7320 עם ערוצים, המעטפות על פני רוחב פס רוחב פס מעל פני M320, מהמשט.

Digital Predistortion (DPD)

DPD הוא טכניקת לינאריזציה כי מעדכנת את אות הבסיס לפצות על המאפיינים הלא ליניאריים של הרש"פ.שימוש נרחב בתשתיות סלולריות, DPD מאומצת יותר ויותר בנקודות גישה Wi-Fi גבוהות יותר כדי לאפשר לרש"פ לפעול ביעילות גבוהה יותר מבלי להפרת EVM או מפרט מרכזי דרישות מסיכה.

טכנולוגיות חומריות ל-RF Amplifiers ב-Wi-Fi

גליום ארנסן (GaAs)

GaAs נשאר סוס העבודה עבור מגברי כוח Wi-Fi בשל ניידות גבוהה אלקטרונים, לינאריות טובה, וייצור בוגר. GaAs PHEMT (pseudomorphic High-mobility Transistor) תהליכים מציעים צפיפות חשמל מעולה (כ 1 W/mm) ומתח התמוטטות גבוה.הם משמשים בדרך כלל בשלב הסופי של מכשירים הלקוחות שלהם, עם זאת, GaAs הוא מתאים פחות אינטגרציה מלאה, וכו '

גליום ניליד (GaN)

GaN התפתח כמשתנה משחק עבור תשתיות Wi-Fi בעוצמה גבוהה.עם צפיפות כוח העולה על 5 W/mm ושבר מתחים מעל 100 V, GaN PAs יכול לספק +30 dBm ומעבר עם יעילות גבוהה.גאגאפ רחב של GaN מאפשר גם לפעול בטמפרטורות צומת גבוהות יותר (>200 מעלות צלזיוס), צמצום דרישות קירור הראשי הם גבוה יותר ויותר קשיים בשילוב עם CMN עבור גישה ® עבור CMN עבור גישה לוגיקה גבוהה יותר ויותר.

סיליקון גרמניום (SiGe)

SiGe BiCMOS מציע קרקע בינונית, המאפשר מגברי RF להשתלב לצד ההיגיון הדיגיטלי וזיכרון אנלוגי על שבב יחיד. SiGe HBTs (heterojunction bi קוטבי transistors) לספק לינאריות טובה וביצוע רעש עד 10 GHz.הם מתאימים היטב עבור LNAs כוח נמוך וכוח בינוני של הרש"פ בתקני.

CMOS עם שיפור קוarity

CMOS בקנה מידה עמוק (28 nm, 16 nm) יכול עכשיו ליישם פונקציונליות הרש"פ באמצעות טכניקות כגון transistors ערימה, דיפרנציאליות, וניטראליזציה קיבוליבית כדי להתגבר על מתחים נמוכים. CMOS הרש"פ הם יעילים מטבעם עבור יישומים בעלי כוח נמוך, אבל נאבקים לספק כוח גבוה (>20 dBm) עם טובות.

עיצוב ההרחבה and Wideband Design

סמית' Chart טכניקות עבור Multi-Octave Bands

עם Wi-Fi 7 מכסה 2.4 GHz, 5 GHz, ו 6 GHz (5.9-7.125 GHz), הפלט הרש"פ חייב להתאים ל 50 הומס על להקה רציפה מעל 4 GHz. GHz מסורתי התואמים באמצעות אלמנטים מזווגים הוא לא מספיק.רחב תואם רשתות באמצעות מעבדי גלי שטח רב-רבע-דור, קווי שידור מבוזרים, או מסננים מקודמים מתקדמים נדרשים לעתים קרובות להשתמש במהנדסים אמיתיים (R-R) או כדי להשיג אופטימיזציה של מחשב (R-D) או כדי להשיג את ה-D2D.

עיצוב לבלון ומבנה שונה

רבים מודרניים Wi-Fi הרש"פ להשתמש בהתנצלות שונה כדי לשפר את הדחייה נפוצה ולהפחית רעש substrate. An על שבב או משטח חיצוני להמיר את האות השונה ל-one-ended.ה-balun עצמו חייב להיות אובדן כניסה נמוך (<0.5 dB) ו שלב מאוזן / דגימה (< שלב 1 ° שגיאה) על פני רוחב הפס המשולב המלא.

מדד ואימות של מגברי RF

מאפיין Wi-Fi 6/7 PA דורש חבילה של מדידות:

  • (ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) [15] תכונות החתימות של ה-FLT:1: P1dB, Psat, ו- Power-aded יעילות בתדירות הבסיסית ובהלהקה.
  • (FLT:0) פרמטרים של ספקטרום 1 (FLT:1): EVM באמצעות אות Wi-Fi אמיתי Wi-Fi 6/7 מגולמת, ACPR ב ±20 MHz ו- ±40 מ"הרץ משקעים, ו- IP3 (נקודת יירוט שלישית).
  • (FLT:0) ביצועים קדמוניים FLT:1: טמפרטורת צומת עולה כוח פלט מקסימלי באמצעות thermography או שבבי בדיקה תרמיים.
  • (ב) ⁇ :0) אחריות ועומס-היתר 1:1: בדיקות לעומסים שלא תואמים (VSWR עד 10:1) מבטיחות לא oscillation או נזק.

התייחסות חיצונית: לטכניקות מדידה מפורטות, פרסמה IEEE מדריך מקיף על מבחנים של הרשות הפלסטינית לתקני תקשורת מודרניים (FLT:1), ה-FLT:2Wi-Fi AlliancerovFLT:3 מספק תוכניות מבחן הסמכה הכוללים דרישות EVM ו-spectral Mask לכל דור סטנדרטי.

כיוונים עתידיים ל-Wi-Fi 7 ומעבר

בעוד התעשייה נעה לעבר Wi-Fi 7 עם תפעול רב-קישור (MLO), 320 ערוצי MHz ועד 16 זרמים מרחביים, מגברי RF חייבים להתפתח בהתאם למגמות מפתח:

  • (FLT:0)Digital-intensive Front-endsFLT ( 1:1: יותר פונקציות נודדות למרחב הדיגיטלי, עם DPD, ET, וטיה הסתגלות נשלטת על ידי אלגוריתמי למידת מכונה.
  • (FLT:0) אינטגרטיבית של הרש"פ של פס: מגבר יחיד המכסה 2.4/5/6 GHz עם לינאריזציה עצמאית הופך חיוני כדי להפחית את הצעת החוק של חומרים.
  • (FLT:0) אדריכלות ניתנת להגדרה: Amplifiers שיכולים להתאים את ההטיה שלהם, התאמה וכוח הפלט עבור להקות שונות ולהשתמש במקרים (low-power-Power לעומת הזרמת מחשבים גבוהה).
  • (FLT:0) אריזות מתקדמות של גלמ"ד:1: אריזות ברמה של Fan-out ויפר (FOWLP) ושילוב heterogeneous של GaN, GaAs, ו- Si למות במודול אחד יקטן את טביעת הרגל תוך שיפור ביצועים תרמיים.

המרדף אחר יעילות ספקטרלית גבוהה יותר וצריכת חשמל נמוכה ימשיך להניע חדשנות בעיצוב מגבר RF. מהנדסים חייבים לשקול במקביל פיזיקה למחצה, טופולוגיה מעגלית, דרישות ברמת המערכת, ומגבלות הייצור כדי לספק את המגברים כי תחת pinen את המהפכה האלחוטית.

מסקנה

תכנון RF מגבר עבור Wi-Fi 6 ו-Wi-Fi 7 מכשירים הוא אתגר רב-ממדי המשתרע על פיסיקה של המכשיר, טופולוגיה מעגלית, הנדסה תרמית ואימות מערכתית.האבולוציה המהירה של הזמנות מודולציה, רוחב פס והגדרות MIMO דורשות מגבר עם התאמה אלחוטית, יעילות ורוחב פס.