RF Power Amplifiers'in 5G Altyapısındaki kritik rolünü anlamak

Modern 5G ağları, RF güç yükselteçlerini (PA'lar) talep eder, ancak daha yüksek çıkış gücü ve daha geniş bant genişliğine yol açabilir, veya geniş bir işletim koşulları arasında verimlilik sağlar. PA, 5G temel istasyonlar, küçük hücreler veya müşteri hizmetleri için RF güçlendiricisini seçerken derin bir teknik görünüm sağlar.

Eleştirel Elektrik Paraları

Çıkış Gücü (P) ve Kazandı

5G makro baz istasyonları için, tipik çıkış gücü seviyeleri +40 dBm (10 W)'den +47 dBm (50 W) taşıyıcı başına +24 dBm'ye +33dBm'ye kadar sinyalini talep edebilir. İşletim frekansı grubu boyunca gerekli güç büyük ölçüde belirlenir ve dağıtım senaryosu (kent, banliyö, kapalı Amplifier kazanır (genellikle 20-40 dB) modülelatörün sinyalini aşırı sürücü aşamalarını gerektirmeden almak için yeterli olmalıdır.

Mühendisler 1 dB sıkıştırma noktasına dikkat etmelidir (P1dB) - düşüklüğün 1 dB tarafından düşmesi durumunda çıktı seviyesi - çünkü yükselticinin kullanılabilir doğrusal aralığını tanımlamak. 5G sinyalleri için yüksek üst düzey güç oranı (PAPR), yükselteçmiş, P1dB'den düşüklüğün düşüklüğün düşüklüğün düşüklüğün düşüklüğünden 6-10 dB'den desteklenmelidir.

Linearity: Üçüncü Order Intercept ve Adjacent Channel Leakage

Linearity, yükselticinin 5G'de kullanılan karmaşık modlu dalga formlarını nasıl yeniden üreteceğini belirler (OFDMA, CP-OFDM). En önemli lineerlik metrik, üçüncü sıralı (IP3 veya OIP3), genellikle dBm'de ifade edilen, 3GPP emisyon maskeleri için daha iyi bir baskı işlemine işaret eder.

Temel istasyon PAs için, OIP3 +50 to +60 dBm yaygın. Tasarımcılar genellikle basitleştirilmiş bir kural kullanıyor: OIP3 (dBm) ⁇ P1dB + 10 ila 15 dB. Ancak, bu cihaz teknolojisi ile değişir (GaN vs. GaAs vs. LDMOS) ve önyargı koşulları.

Verimlilik: Güç eklenmiş Verimlilik ve Gerilme Verimliliği

Verimlilik doğrudan operasyonel maliyetleri ve termal yönetimi etkiler. birincil ölçümler verimliliktir ( ⁇ )D) ve güç katma verimliliği (PAE) ile elde edilen verimlilik, RF çıktı gücünün DC girişi gücüne oranıdır; PAE, DC gücü tarafından bölünmesinden önce giriş gücünden uzaklaştırır.

Altı GHz'de lineer GaN PAE, zirve gücüne 40–55 olabilir, ancak% 9 dB PAPR sinyali için ortalama güçte% 30'a düşebilir. En Geliştirme (ET) veya Doherty mimarlıkları, hedef modda ortalama güçte belirtilen verimlilik için kullanılabilir.

Band Wide ve Frekans Coverage

5G geniş bir spektrumda çalışır: alt-1 GHz (n71, n5), orta bant 3.5 GHz (n78 ve mmWave 24-29 GHz (n257, n258) ve yukarıdakiler.Bir tek PA tüm bantları veya birden çok grubu kapsamak zorunda kalabilir. Anahtar özellikler 3 dB bant genişliği, düzlüğü ve giriş / ⁇ geri dönüş kaybı (S11, S22).

Geniş bantlı PA'lar için, 50 veya daha fazla kesimli bant genişliğine dikkat gerektirir. GaN on SiC HEMTs daha yüksek yetersizlik ve daha düşük parasitik kapasiteye sahip, onları çok fazla tasarım için uygun hale getirir. mmWave, sık sık sık sık 24-40 aralığındaki hız genişliği ile sınırlandırılır.

Gürültü Şekilleri

PA alıcının ilk aşaması olmasa da, PA'dan gelen gürültü rakamlarını genellikle 3 ila 8 dB arasında yüksek güçte kullanarak elde edebilir.In mmWave modülleri gelişmiş prosesleri kullanarak, gürültü rakamını 2 dB olarak düşük olabilir. PA'dan gelen yüksek gürültü özelliklerini kontrol edin.

5G PA'lar için Anahtar Teknoloji Seçenekleri

Gallium Nide (GaN) SiC

GaN, 5G makro baz istasyonları ve 2 GHz'nin üzerindeki küçük hücreler için baskın teknoloji haline geldi. yüksek arıza gerilimi (>100 V) yüksek vakumlu gerilimlerde işlem sağlar (28-50 V), mevcut ve yüksek çıktı gücü küçük bir ölüm için yüksek çıktı gücü azaltır. GaN aynı zamanda mükemmel frekans yanıt verir (f).T).

Yüksek verimsiz Mimarlıklar: Doherty ve En Geliştirme

Doherty güç amplifikatörü temel istasyonlar için iş kodludur, çünkü 5G için güç seviyelerinde verimlilik artırmaktadır.Bir taşıyıcı yükseltici (bihredeleştirilmiş) ve daha fazla okuma için, C'de görüntülenen, toplam bant Doherty tasarımları üzerinde yüksek verimlilik sağlar[FLT].

En Geliştirme (ET) başka popüler bir tekniktir, özellikle de eller ve küçük hücreler için. ET, moderatör sinyalinin zarfına göre, PAE'yi daha yüksek verimlilik için sıkıştırmaya yakın tutmak için gerçek zamanlı olarak PAE'yi ortalama% 50'den fazla sağlar.

Linearizasyon: Dijital Pre-Distortion Compatability

Çoğu 5G PA'nun dijital pre-distortion (DPD) için gerekli ACLR ve EVM (terör vektör büyüklüğü) DPD, ACLR'de iyileşme gerektirdiği gibi, hafıza etkileri düşük olmalıdır, AM-AM ve AM-PM eğrileri düzgün ve öngörülebilir olmalıdır ve bir şekilde atılmalıdır.

Termal ve Mekanik Tahminler

Güç Dissipation ve Junction Sıcaklık

Heat management birincil bir endişedir, çünkü transistörin tipik% 50 verimli bir PA, 30 W RF gücü de 30 W atık ısısını bozmalıdır.The maximum kib[T)J,max) ,% 225°C'ye kadar olabilir, ancak uzun süreli güvenilirlik 150 °C'nin altında kalmak için akıllı olmalıdır.

mmWave dizileri için, PA'nun yoğun paketlemesi ısınmayı zorlamaktadır. Yüksek iletkenlik substratları (diamond, silikon, veya bakır-molybdenum kompozitleri) ve sıvı soğutma yaygıntır.Bir PA modülü seçerken, eğriyi kontrol edin ve önerilen ısısin bileşiklerini kontrol edin.

Boyut ve integral Düzeyi

5G aktif anten sistemleri (AAS) 64, 128 veya daha fazla ileti / eşsiz modüller içerir, böylece Inter-element spacing (tiply 0,5-5 ⁇ ) kullanılır. For mmWave dizileri için, PA çok fazla çipli modüle entegre edilmelidir (MCM) her zaman ön-bilgi sistemi, filtreler, anahtarlar ve hatta QFN gibi küçük ölçekli paketler.

Seçim Süreci ve Ticaret-Offs

  1. [FONT=0)Define sistemi gereksinimleri: [Dönetici gücü ile başlayın (ortalama ve zirve), frekans grubu, modulation (e.g., 64-QAM 256-QAM isteğe bağlı olarak), ve PAPR hedef grup için 3GPP spesifikasyonu ile başlayın.
  2. [FONT:0) Bağlantı bütçesinin hesaplanması: Gerekli kazanç ve lineerliği hesaplayın (ACLR, EVM) düzenleyici maskeleri ve alıcı duyarlılığı karşılamak için. kablo kayıpları için marjlar ekleyin ve anten yanlış bir eşleşme.
  3. [FONT=0]Narrow the technology:[Dönetici:[Dönetici: 0,4 GHz makro baz istasyonları için, GaN Doherty tipik. For mmWave, GaAs pHEMT veya SiGe BiCMOS, kirişli küçük hücreler için, LDMOS veya GaAs HBT yeterli olabilir.
  4. [FONT:0)Evaluate datasheets eleştirel: İşletim frekansı ve modulation'da verilen özelliklere bakın, sadece CBD. İstek değerlendirme kurullarında veya simülasyon modellerinde değil (ADS, AWR, Cadence) DPD motoru ile ortak projeler yürütmek için.
  5. [FONT:0]Assess termal yönetim: [Dönetici: [Dönetici: 0,8] PA'nun termal direnci ısıtınız ve hava akışınız için yeterince düşükse, açık taban istasyonları için, ortam sıcaklık aralığı (-40C'ye +55°C) ve güneş ısıtmasını düşünün.
  6. [FONT:0) önyargı ve koruma için kontrol edin:) GaN depletion-mode FETs, drenajın geri çevrilmesinden önce olumsuz bir kapı gerilimi gerektirir. Birçok entegre PA modülleri bu dizileri doğrulayın - belirtiyi doğrulayın.

5G RF Power Amplifiers'te Trendler

Yük Modulation and Outphasing

Doherty'nin ötesinde, Chireix outphasing yükselteçleri gibi gelişmiş yük modulation teknikleri, yüksek verimli yüksek bant genişliği üzerinde yüksek verimlilik sağlama yeteneği için dikkat çekiyor. Outphasing, sınıf E veya F'de bir kombinasyonlu olarak çalışan iki yükselteçim tekniğini birleştirir; çıkış gücü aralarındaki fark tarafından kontrol edilir.Bu mimari PAE >% 60 dB arkadan 200 MHz bant genişliği ile.

Gallium Nide MMIC Entegrasyon

Endüstri, sürücüyü, güç aşamasını, önyargıyı ve hatta tek bir ölü üzerinde sıcaklık tazminatını birleştiren yüksek entegre GaN MMIC'lere doğru ilerliyor. Örneğin, Qorvo ve Wolf hızlı teklif GaN MMICs, 40 W çıktı ve PAE'yi% 50 ile birlikte tüm n78 bandı (3.3-3.8 GHz) kapsayan.

Dijital Cephe ve Makine Öğrenme

DPD algoritmaları daha karmaşık hale geliyor, sinir ağları kullanarak, daha yüksek doğrulukla standart olmayan ve hafıza etkilerini modellemek için kullanıyor.Bu, PA'nın belirli PA modüllerine daha yakın şekilde yönlendirilmesine izin veriyor.% 5-10 ile geleneksel polinom modelleri ile kıyasla% 5,05 oranındaki Chip satıcılar (şimdi AMD) ve Intel (Altera) belirli bir PA modülleri için IP çekirdeği sağlıyor.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

5G ağlarında bir RF güç amplifikatörü seçmek, çok boyutlu bir mühendislik kararıdır, dengelerin gücünü, lineerliği, verimlilik, bant genişliğini ve termal kısıtlamaları gerektirir. GaN Doherty modülleri şu anda makro temel istasyonlara hükmedebilirken, mmWaves serisi yüksek entegre GaAs veya SiGe çözümleri talep eder.Bu nedenle, taşıyıcı başına 800 MHz -P1dB, OIP3, PAE, bant genişliği, gürültü rakamlarını ve DPD uyumluluğu - dijital modları ile ortaya çıkan bir PA seçmek için - dijital modları ve ticari kısıtlamaları tercih edebilir.

Ek kaynaklar için, 5G PA test meydanlarında ) ve 5G PA seçimine yönelik Qorvo tasarım rehberine bakınız).