Table of Contents

הבנת התפקיד הקריטי של RF Power Amplifiers in 5G Infrastructure

רשתות 5G מודרניות דורשות מגברי כוח RF (PAs) שיכולים לספק לא רק כוח תפוקה גבוה יותר רוחב פס רחב יותר, אלא גם לינאריות גבוהה ויעילות על פני מגוון רחב של תנאי הפעלה.הרש"פ היא השלב הפעיל האחרון בשרשרת השידור והשפעות ישירות על שטח הכיסוי, נתונים באמצעות חישוב, צריכת חשמל ואמינות מערכתית כוללת.

פרדוקס חשמלי קריטי

⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

עבור תחנות בסיס 5G מאקרו, רמות כוח פלט טיפוסי טווח מ +40 dBm (10 W) ל +47 dBm (50 W) עבור נושאת, בעוד תאים קטנים עשויים לדרוש +24 dBm ל +33 dBm. הכוח הנדרש נקבע במידה רבה על ידי רדיוס התא ואת תרחיש הפריסה (בן, פרפראן, מקורה), רווח מגבר (בדרך כלל 20- 40) חייב להיות מספיק כדי להביא את התדירות הנדרשת כדי למנוע את התדירות התפעולית כדי למנוע את התדירות גבוהה יותר מאשרת התדירות גבוהה יותר מאשרת התדירות גבוהה יותר מאשרת.

מהנדסים צריכים לשים לב לנקודה 1 dB דחיסה (P1dB) - רמת התפוקה שבה הירידה של 1 dB - כי זה מגדיר את טווח ליניארי ניתן למדידה של המגבר (P1dB) עבור אותות 5G עם גובה גבוה ליחס כוח (PAPR), המגבר חייב להיות מגובה 6-10 d מ-B כדי לשמור על עיוות נמוך.

קוהרנטיות: הזמנה שלישית Intercept ו- Adjacent Channel Leakage

קוארסיטי קובע כמה נקיים המגבר מתאחד את גלפורות המסובכות המשמשות ב-5G (OFDMA, CP-OFDM) מדד הליניאלי החשוב ביותר הוא נקודת הירוט השלישית (IP3 או OIP3), בדרך כלל באה לידי ביטוי ב dBm. AIP3 גבוה יותר מצביע על דיכוי טוב יותר של מוצרים בין-ממדיים שיגרום לאנרגיה אחרת לערוצים קרובים (45) כלומר יחס של ד"רפס"לייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטב (DBm 3D2D2 (DBm) גבוה יותר) הוא גבוה יותר, כלומר: ARM3) גבוה יותר גבוה יותר גבוה יותר גבוה יותר גבוה יותר גבוה יותר, או DBm.

עבור תחנת בסיס הרש"פ, OIP3 בטווח של +50 ל +60 dBm נפוץ. מעצבי לעתים קרובות להשתמש חוק פשוט: OIP3 (dBm) ⁇ P1dB + 10 עד 15 dB עם זאת, זה משתנה עם טכנולוגיית המכשיר (GaN לעומת LDS) ותנאים הטיה.

יעילות: יעילות מתועבת עוצמה ודרן איפינסינסיות

יעילות משפיעה ישירות על עלויות התפעול וניהול תרמי.המדדים העיקריים הם יעילות ניקוז ( ⁇ FLT:0) ויעילות מופחתת כוח (PAE) יעילות ד"רטן היא היחס של כוח תפוקה RF לכוח קלט DC; הרש"פ מקטין את כוח הדחף מהתפוקה לפני חלוקת כוח DCG, יעילות גבוהה היא בעיקר אותות כוח תפוקה (מספק נמוך) להפעלה לאחור (כוח המניעה) של כוח המניעה של כוח המניעה לאחור (כוח הדחף) לעוצמה לפני חלוקת כוח לפני חלוקת כוח התפוקה של DC.

PAE טיפוסי עבור קרן ליניארית של 6 GHz יכול להיות 40-55% על כוח שיא אבל יכול ליפול ל 20-30% ב הכוח הממוצע של 9DB PAPR מעקב (ET) או ארכיטקטורות דוהרטי יכול לשפר את היעילות בגיבוי.Doherty PAs נמצאים בשימוש נרחב בתחנות בסיס כי הם לשמור על יעילות גבוהה - 55%) על פני 6-B2, כאשר הם בודקים את יעילות התפוקה של נתונים (D) במקום שימוש נרחב יותר מטווח.

Bandwidth ו Frequency Coverage

5G פועל על פני קשת רחבה: תת--1 GHz (n71, N5), אמצע פס 3.5 GHz (n78), ו mmWave 24-29 GHz (n257, N258) ומעל. A One PA עשויה להיות צריכה לכסות להקות שלמות או להקות מרובות. מפרט מפתח כולל רוחב פס 3DB, רווח שטוחה, ואת הקלט / הפסד (S11, S22) מעל להתעניינות הלהקה.

עבור רחב פסים פסים, רוחב פס שברירי של 50% או יותר דורשים ניתוק זהיר רשתות.גN על SiC HEMT מציעים תנופה גבוהה יותר וכובעים פרציטיים נמוך יותר מאשר LDMOS, מה שהופך אותם מתאימים עבור עיצובים רב-קטב. at mmWave, רוחב פס הוא לעתים קרובות מוגבל על ידי מסנן הרמוני ותדירות המעבר של המוות (Freave 24: 30: 302T) באמצעות רוחב פס מתקדם CM.

איור Noise

בעוד הרש"פ אינה השלב הראשון במקלט, מספר הרעש שלה חשוב במערכות TDD (דיפול דיפלקס) שבו אותה הרש"פ יכולה לשמש הן לשדר והן בשרשרת נמוכה לקבל (לדוגמה, באנטנות פעילה עם מודולים משולבים T/R). דמות רעש גבוה מהרש"פ יכולה להפליג את המקלט.בכוח גבוה, מספרי רעש נע בדרך כלל מ 3 ל- 8B ל-DW עבור תהליך איטי.

אפשרויות טכנולוגיות מפתח עבור 5G PAs

גליום ניליד (GaN) על סיאק

GaN הפכה לטכנולוגיה הדומיננטית של תחנות בסיס 5G מאקרו ותאים קטנים מעל 2 GHz. מתח ההתמוטטות הגבוה שלה (>100 V) מאפשר הפעלה במתחים ניקוז גבוה (28 עד 50 V), צמצום כוח התפוקה הנוכחי ומאפשר חשמל תפוקה גבוה יותר ממות זעיר.ג'ן מציע גם תגובה טובה לתדירות גבוהה (fLT:0TFLT:1) והתנהלות תרמית כאשר זוג עם סיליקון שלילי של ספקים (N) הוא צורך בטמפרטורה גבוהה עם סיליקון) הוא צורך עכשיו.

אדריכלות גבוהה: Doherty ו- Envelope Tracking

מגבר הכוח הדוהרנטי הוא המגבר העבודה לתחנות הבסיס משום שהוא מגביר את היעילות ברמות כוח 6-10 dB מתחת לשקע.על ידי שימוש במגבר מוביל (המוחזק בכיתה AB) ומניפסט המגבר (בהנחה ב- C), מדד העומס המשולב מניב יעילות גבוהה על פני טווח תפוקת רחב.

מעקב אחר Envelope (ET) הוא עוד טכניקה פופולרית, במיוחד עבור לחיצות ותאים קטנים. ET מאמת את המתח הניקוז של הרש"פ בזמן אמת על פי המעטפה של האות המונות, שמירה על הרש"פ ליד דחיסה עבור יעילות גבוהה יותר.ג.ג.אס או GaN באמצעות ET יכולים להשיג את PAE מעל 50% מכוח ממוצע עבור אותות LTE/5G.

המונחים: Digital Pre-Distortion Compatibility

רוב 5G הרש"פ מסתמכת על נטייה דיגיטלית (DPD) כדי להשיג את ה- ACLR וה- EVM (גודל וקטור טרור) DPD דורש מהרשות להיות מאפיינים מסוימים: השפעות זיכרון צריכות להיות נמוכות, עקומות AM-AM ו AM-PM צריכות להיות חלקות וצפויות, והשלב לא צריך להיות קפיצות פתאומיות.

שיקולים מרשימים ומכניים

טמפרטורות צומת ועוצמה

ניהול חום הוא דאגה עיקרית כי ממוצע של 50% יעיל הרש"פ קורנת 30 W של כוח RF חייב גם להתפזר 30 W של חום פסולת.טמפרטורת הצומת המקסימלית (TreaFLT:0J,maxigFLT:1) של הטרנזיסטור אסור לעבור מתחת ל-225RSD-R-Cupient, או אמינות מתפודות במהירות.

עבור מערכי מ"מ ו-Eve, אריזה צפופה של הרש"פ מתה עושה קשה מיצוי חום.שימוש במצעים מוליכים גבוה (diamond, סיליקון carbide, או מתרכובות נחושת-מוקרובות) וקירור נוזלי הוא נפוץ.כאשר בחירת מודול PA, לבדוק את עקומת העור ואת תרכובת חימום המומלצת.

גודל ואינטגרציה

מערכות אנטנה אקטיבית 5G (AAS) מכילות 64, 128, או יותר מודולים משדרים / קבלה.כל מודול חייב להיות קטן פיזית כך ש- Inter-element ספאcing (בדרך כלל 0.5-0.65 λ) נשמר.עבור מ"מערכים של מ"מ ו-"מ-"מ-"מ-"מ"מ"ל"ד) חייבים להשתלב לתוך מודול רב שבב (MC) הכולל את ה-HDR-Ax-T) המכיל את ה-T, ואפילו את ה-Ax-T.

תהליך הבחירה ומסחר

  1. דרישות מערכת:0 (Define system: FLT:1 התחל עם כוח הפלט (ממוצע ושיא), להקה תדירות, תכנית מודולציה (למשל, 64-QAM עם 256-QAM אופציונלי), ו- PAPR מן המפרט 3GPP עבור להקת היעד.
  2. (FLT:0) מקנה את תקציב הקישור: FLT:1, חישוב הרווח וההלינאריות הנדרשת (ACLR, EVM) כדי לעמוד במסכות הרגולטוריות ורגישות המקלט.
  3. (FLT:0)Narrow the Technology:FLT:1 עבור תחנות בסיס מאקרו GHz 6 GHz, GaN Doherty הוא טיפוסי.עבור mmWave, GaAs pHEMT או SiGe BCMOS עם beamforming. עבור תאים קטנים רגישים בעלות, LDMOS או GaAs HBT עשויים להיות מספיק.
  4. (FLT:0) ,Evaluate Datasheets ביקורתיות:ראה LT:1 , חפש מפרטים שניתנו בתדר התפעולי ומודולציה, לא רק ב CW לבקש בדיקות או מודלים סימולציה (ADS, AWR, Cadence) כדי להפעיל התאמות משותפות עם מנוע DPD.
  5. (FLT:0) ניהול תרמי: FLT:1 Determine אם ההתנגדות התרמית של הרש"פ נמוכה מספיק עבור חום הרחם שלך וזרימת אוויר.עבור תחנות בסיס חיצוני, לשקול את טווח הטמפרטורה הממוקד (-40 מעלות צלזיוס ל +55 ° C) וחום השמש.
  6. (FLT:0)Check for Haiti sequencing and Protection:cioFLT) 1 GaN depletion-mode FET דורש מתח שער שלילי לפני הניקוז מופעל.מודולים המשולבים רבים כוללים רצף זה - לאמת את הסימון.

מגמות מתפתחות ב 5G RF Power Amplifiers

המונחים: different and Outphasing

מעבר לDoherty, טכניקות מתקדמות של עומס כמו צ'ירקס מגבר מקבל תשומת לב ליכולת שלהם לשמור על יעילות גבוהה על רוחב פס רחב מאוד. Outphasing משלב שני מגברים הפועלים בכיתה E או F עם מצורף; כוח הפלט נשלט על ידי ההבדל ביניהם.אדריכלות זו יכולה להשיג PAE > 60% ב 6B לאחור עם רוחב פס רחב עם 200 חברות רוחב פס:0GFR כמו מחקר PAR.

גליום ניליד MMIC אינטגרציה

התעשייה נעה לעבר ג'ון MMICs משולב מאוד המשלב את הנהג, שלב הכוח, הטיה ואפילו פיצוי טמפרטורה על מוות יחיד.זה מפחית את החדירה parasitic ומאפשר ביצועים פס רחב עד 40 GHz. לדוגמה, Qorvo ו וולפאט מציעים GaN MMICs מכסה את כל הלהקה N78 (3.3-3.8 GHz) עם 40 WE של 50%.

החזית הדיגיטלית-סוף ולמידה

אלגוריתמים DPD הופכים מורכבים יותר, באמצעות רשתות עצביות למודל לא לינאריות ואפקטי זיכרון של הרש"פ עם דיוק גבוה יותר.זה מאפשר לרש"פ להיות מושרש קרוב יותר לשחיטה, שיפור יעילות המערכת ב-5 עד 10% בהשוואה למודלים פולינומיים מסורתיים.ספקי צ'יפ כמו שיינס (כיום AMD) ו- Intel (אלטרה) לספק ליבות IP עבור DPD שקודים מוקדמים למודולים ספציפיים ל-PA, ל-FREFREFRE, כלומר: LTFREDPDDV, כלומר: LTFREFREFREDVDV, כלומר: LTFREFREFREF עמוק יותר: DPDDDDV (DV) LTASTDDDV) LTASTDDV) LTA=DDDEPDPDDV LTS=DV) מספק ליבות IP for עמוק יותר ל-DPD (DPDDPDDV) ו-DPDDPDDV) מספק ליבות IP for DPDDPDDPDDPD (DPDDPDDPDDPDDPDDPDDPDDVDVD

מסקנה

בחירת מגבר כוח RF עבור רשתות 5G היא החלטה הנדסית רב-ממדית כי מאזן כוח פלט, לינאריות, יעילות, רוחב פס הרץ, ומגבלות תרמיות. GaN Doherty עכשיו לשלוט בתחנות הבסיס של מאקרו, בעוד מ"מ וערכי דורשות גמישות משולבת מאוד של GaAss או SiGe פתרונות. על ידי הערכה שיטתית של הפרמטרים העיקריים - P1dB, OIP3, רוחב פס רוחב פס, PAE, רעש, מילת רוחב פס, מילת רוחב פס, ו-חושת, מילות מפתח, וכן הלאה, כלומר, גם פונקציות DPD, וגם מטרות אבטחה דיגיטליות, כמו גם כן, כמו גם פונקציות DPD (RM) ו-MACreitation סטנדרטיות, כמו גם עבור פונקציות מתקדמות יותר, כלומר, כלומר, כמו גם עבור פונקציות IOIP) ו- Menge 800.

למשאבים נוספים, מומלץ להתייעץ עם המאמר הלבן של 5G PA על אתגרים במבחן 5G PAFIRLT:1 ומדריך העיצוב FLT:2Qorvo על בחירת 5G PAIRLT 3: