現代の電子システムは、パフォーマンスを犠牲にすることなく、狭いスペースに収まるコンパクトで効率的な電力増幅器(PA)をますますます要求します。 CubeSatと5G小細胞からポータブル軍事ラジオやインターネットの指紋(IoT)トランシーバに、PAフットプリントを削減する圧力は決して大きくありませんでした。 より小さなPAは、貴重なボード不動産を保存し、熱管理を緩和し、材料コストを削減し、相互接続損失を減らすことによって、全体的なシステム効率を向上します。 しかし、小型化は、実証済みの戦略と実際の規模の課題を促進します。

パワーアンプのフットプリントの挑戦を理解する

パワーアンプは、高電圧と電流を処理する必要があるため、非常にかさばりがちです。重要な熱を散らす、そして、インピーダンスマッチング、偏見、およびフィルタリングのための大きなパッシブコンポーネントが含まれています。 典型的なPAモジュールでは、アクティブ半導体は、合計領域のほんの僅かしか占有するかもしれません。 残りの部分は、インピーダンスマッチングネットワーク、デカップリングコンデンサ、ボンドワイヤ、および熱拡散器によって消費されます。 特に、熱伝導率が低下する場合には、その性能が最大で、または性能が低下する可能性があります。 性能は、または性能が低下する可能性が大きいです。

パワーアンプのサイズを最小化するための戦略

モノリスの統合

単層マイクロ波集積回路(MMIC)技術を用いて、他の無線周波数(RF)機能とPAを統合することで、ステージ間パッケージングを削減し、パラシティック損失を削減します。 モダンGaAsとGaN MMICは、複数のアンプステージ、バイアスネットワーク、さらには数平方メートルのフットプリントでドライバーアンプを組み合わせるだけでなく、オンチップ入力/出力マッチングを備えた単チップPAは、マルチチップモジュールを組み合わせて、このシステムと組み合わせることにより、より大きな信頼性が向上します。

高効率技術の採用

パワーアップした効率(PAE)は、熱管理コンポーネントのサイズと重量を直接削減する無駄な熱を少なくすることを意味します。 窒化ガリウム(GaN)は、シリコンカーバイド(SiC)の高出力、コンパクトPAの選択肢のテクノロジーとなり、幅広いバンドギャップ、高破壊電圧、優れた熱伝導性のおかげで、GAN PAは、非常に高い出力電力密度(5～10W)を低速に抑え、低速の電力と低速の電力を要求する。 ガス容量は、GANSPAS(GaN PAS)を低減し、より小さい場合には、低速の電力を削減します。

高度なシミュレーションによる設計最適化

設計段階からPAフットプリントの小型化が始まります。非線形調合型シミュレータを電磁(EM)解析と組み合わせることで、トランスイスターパーフェリ、インピーダンスマッチングネットワーク、レイアウトパラシティックスを最適化し、最小限の可能な領域でターゲット性能を達成することができます。ロードプル測定とAI駆動型最適化ツールは、分散型伝送ラインの代わりに、小型マッチングトポロジーの検索を加速できます。また、FPDは、複数の基板を容易にし、より小型化し、より小型化できるため、より小型化可能な基板を容易にします。

サーマルマネジメントイノベーション

効果的な熱除去は、PAの小型化の限界要因です。従来のアプローチは、強制的な空気で大きなアルミニウム脱熱器に依存しますが、スペース制約された設計は、より創造的なソリューションを必要とします。マイクロチャネルヒートシンクは、基板に直接サブミリグラムチャネルを介して冷却剤を循環させ、従来の方法よりも>10x優れた熱伝達を提供できます。高出力GaN PAsでは、組み込み2相冷却(例えば、蒸気または熱管を拡散させる)、および、このような熱伝導を低減することができます。

表面マウント部品および高度の包装

表面実装装置(SMD)に、スルーホールまたは大型フランジパッケージから移動することで、フットプリントを劇的に低減し、自動組立が可能になりました。QFN(クワッドフラットノーリード)や地形格子配列(LGA)などの近代的な高出力SMDパッケージは、複数の地上ピンと露出パッドで適切に設計されたときに最大10ワットの電力を処理できます。3Dパッケージング技術は、STMicroelectronicsからファンアウトウエハレベルパッケージ(eWLB)のようなもので、従来の基板を切断したり、基板を切断したり、基板を切断したり、他のパイプを切断したり、他のパイプを切断したりすることができます。

テクノロジーと未来のトレンドを融合

微細化のペースは、いくつかの有望な開発で加速し続けています。 単離型分散トポロジーまたは混合CMOS-GaNプロセスを使用して、超ワイドバンド(UWB)PAは、複数のバンド(例えば、0.5-18GHz)を単一のダイにカバーし、異なる周波数帯域用の別アンプの必要性を排除します。 封筒追跡(ET)とデジタルプレディストーション(DPD)により、PAはより高いポイント効率で実行し、最終的には、Febularを切断し、マイクロファイバーを切断、このような構造を切断することができます。

コンテンツ

スペース・コンストレイント・アプリケーションにおけるパワー・アンプの足跡を減らすには、半導体技術、回路設計、パッケージング、および熱工学のバランスをとっている包括的なアプローチが必要です。モノリシック・インテグレーション、GaN、シミュレーション・ドライブ・最適化、および革新的な冷却およびパッケージング技術などの高効率材料の使用は、それぞれ重要なサイズの限界削減に貢献します。単一のソリューションは、すべてのケースに適合しません。最良の結果は、特定の電力レベル、周波数、環境条件、およびコストに合わせて調整されたいくつかの戦略を組み合わせることから来ています。次世代の電子機器は、次世代の小型化を実現するために、次世代の3つの技術を継続することができます。