RF Ampirasyonların Büyütün Daha sonraki-Generation Wi-Fi

Bağlantılı cihazların hızlı çoğalması ve veri yoğun uygulamaları kablosuz ağlarda daha önce görülmemiş talepler belirledi. Wi-Fi 6 (802.11ax) ve ortaya çıkan Wi-Fi 7 (802.11be) standartları, çok fazla karmaşıklık sağlamak için tasarlanmıştır ve yoğun ortamlardaki verimlilik.

Wi-Fi 6 ve Wi-Fi 7 cihazları giderek kalabalık spektrumları üzerinde çalışmalıdır - 2.4 GHz ve 5 GHz'den yeni açılan 6 GHz bandına (5.9-7.125 GHz) - karmaşık veya çoklu erişim (OFDMA) ve çok kullanıcı çoklu-kanık çoklu-kanık çoklu-kanış programları desteklerken, bu makale tasarım zorluklarına kapsamlı bir teknik keşif sağlar.

RF Amplifiers in Wi-Fi Transceivers

Güçlendiriciler (PAs) için

Güç yükselteçi, iletim zincirindeki son aktif aşamadır. birincil işlevi, kullanılan aralıklarda güvenilir bir iletiye yeterli düzeyde yükseltilmeli ve modlama doğruluğunu korumak için yüksek doğrusallığı korumak için yüksek çözünürlükte olan PA'nın doğrudan hata büyüklüğüne (EVM) ve +25 dBm'ye kadar yüksek paket hata oranlarına yol açmalı ve +30 dBm'e kadar azaltılmalıdır.

Düşük-Noise Amplifiers (LNAs) for Reception

LNA'nın gürültüyü en az eklenmiş gürültü ile antenden zayıf sinyalleri çok basitleştiriyor. LNA'nın gürültü rakamını (NF) kritiktir, çünkü alıcı duyarlılığının daha düşüklüğünü ortaya koyar. Wi-Fi 6/7 için LNA'lar, daha sonraki mixer ve bazband aşamalarının gürültüsünü aşmak için NF değerleri elde etmek beklenir.

Teknik Gereksinimler Wi-Fi 6 ve Wi-Fi 7 Standart

Yüksek Modulation Orders ve EVM Constraints

Wi-Fi 6 1024-QAM (kudrature amplitude modulation), Wi-Fi 7 ölçekleri 4096-QAM'ya kadar, tüm RF zincirlerinde katı EVM gerekliliklerini ortaya koyar.For 1024-QAM, EVM zemini aşağıda olmalıdır -35 dB; 4096-QAM için, aşağıda -38 dB gerekir -40 dB gerekli olan esnektir.

Geniş Band genişliyor ve Multi-Gigabit Throughput

Wi-Fi 6, kanal genişliği 160 MHz'e kadar destekler, ancak Wi-Fi 7, 6 GHz bandında 320 MHz kanala kadar genişleyen. Wi-Fi 7 için tasarlanmış amplifatörler düz kazanç sağlamalıdır (değişim < 1 dB) ve düşük grup gecikme varyasyonu 320 MHz'ye kadar hızlayıcı.Bu talepler geniş bantlı cihaz teknolojilerinin kullanımını gerektirir. Ek olarak, güç yükselticileri yüksek performanslı güç oranlarına sahip olmalıdır (PAPR) - genellikle 10-12 dB - aşırı yükleme olmadan, doğrusallaştırma veya gelişmiş mimarileri gerektiren.

Çok Kullanıcı MIMO ve Beamform

Modern Wi-Fi sistemleri, uzaysal çokluxing ve kirişli varyasyonlar için zincirler almaya ve almaya güvenmektedir. Bir MIMO serisindeki her RF amplifikatörün sıcaklık ve işlem sürüklenme için iyi uyumlu ampliyon ve faz yanıtları olmalıdır.

Yüksek performanslı RF Amplifier için Anahtar Tasarım Challenges

Linearity vs. Verimliliği Trade-Off

PA tasarımındaki temel çatışma, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, 1 dB sıkıştırma noktasında (P1dB) otomatik olarak sinyal izleme (ET), dijital predistortion (DPD), veya Doherty mimarisinin, ortalama verimliliğini modüle edilmiş sinyallerin altında artırmak için, özellikle de mobil sinyalde optimize edilmesi gereken 10.

Kompakt Form Faktörlerinde Termal Yönetim

Kablosuz ağ sürücüleri ve müşteri cihazları sınırlı alanlarda ısıyı bozmalıdır.Köpektif dirençten yanar (Rth) kanal sıcaklıklarını aşağıda tutmalı. Gelişmiş ambalaj - Flip-çiz, ve termal olarak geliştirilmiş olan ısıyı sınırlandırmalı - yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek ısı iletkenliği ile karşılaştırıldığında, yüksek çözünürlükte yüksek ısı iletkenliği sağlar.

Süreç Variation and Blood

CMOS tabanlı PAs, özellikle gelişmiş düğümlerde (28 nm ve aşağıda), kazanç etkileyen önemli işlem varyasyonundan muzdarip ve milyonlarca cihazda tutarlı performans sağlamak için, tasarımcılar kesim, dijital kalibrasyon ve adaptif önyargı içerir.In-çip sensörleri, PA önyargısını gerçek zamanlı olarak ayarlamak.

Wi-Fi 6/7 Amplifiers için Gelişmiş Devre Teknikleri

Doherty Power Amplifiers

Doherty PA, güç geri çekilmesinde verimliliği artırmak için iyi bilinen bir mimarlıktır. 6 dB çıktı gücü üzerinde yüksek verimlilik sağlamak için ek bir güç sağlar. Wi-Fi 7 işletim sistemi 320 MHz bant genişliği kullanarak genişleyen yükleri kullanarak çalışır.

En Geliştirme İzleme (ET)

PA tedarik gerilimini anlık sinyal zarfını takip etmek için takip edin. Bu, PA'nın zaman daha büyük bir kısmını karşılamak için daha yakın çalışmasını sağlar, ortalama PAE'yi birleştiren düzenleyiciler ve geçiş dönüştürücüleri birleştiren standarttır.

Dijital Predistortion (DPD)

DPD, PA'nun doğrusal olmayan özellikleri telafi etmek için temel bant sinyalini telafi etmek için lineer bir tekniktir.Intratity altyapısında geniş ölçüde kullanılan DPD, yüksek ücretli ve Wi-Fi erişim noktalarına göre, PA'nın EVM veya ⁇ maske gereksinimleri olmadan daha yüksek verimlilikte çalışmasını sağlamak için daha fazla kabul edilir. Bir gözlem alıcı PA çıktısını yakalar ve bir adaptasyon motoru bu şekilde hafıza polinom veya sinir ağı modelini güncelleştirir.

RF Amplifier için malzeme teknolojileri Wi-Fi

Gallium Arsenide (GaAs)

GaAs, yüksek elektron hareketliliği nedeniyle Wi-Fi güç yükselteçleri için işhorları olarak kalır ve müşteri cihazın son aşamasında kullanılır PAs. ancak GaAs ConnorMT (pseudomorphic yüksek devre dışık transistasyon transistör) süreçleri mükemmel bir güç yoğunluğu (yaklaşık 1 W /mm) ve yüksek arıza gerilimi sunar.

Gallium Nide (GaN)

GaN, yüksek güç Wi-Fi altyapısı için bir oyun değiştirici olarak ortaya çıktı. Güç yoğunluğuyla 5 W /mm ve 100 V üzerindeki gerilimler, GaN PA'lar +30 dBm ve yüksek verimlilikle daha fazla erişim noktası sunuyor. GaN'nin geniş bantgap, yüksek bir kavim sıcaklığında da operasyona olanak sağlıyor (>200°C), soğutma gereksinimlerinin azaltılması ve Si CMOS kontrol mantığı ile bütünleşmede zorluk çekiyor.

Silikon Almanium (SiGe)

SiGe BiCMOS orta bir zemin sunuyor, RF yükselteçlerinin dijital mantık ve analog hafızanın tek bir çip üzerinde entegre edilmesine izin veriyor. SiGe HBTs (heterojunction bipolar transistörler) yüksek hacimli tüketici ürünleri için iyi doğrusallık ve gürültü performansı sağlar. 10 GHz'ye kadar iyi şarj edilirler.

Gelişmiş Linearity ile CMOS

Derin ölçeklen CMOS (28 nm, 16 nm) şimdi iyi lineer transistörler, diferansiyel topolojiler ve düşük gerilimleri aşmak için kapasiteye sahip olan nötralizeler, düşük güç uygulamaları için doğal olarak verimlidir, ancak yüksek çıktı gücü (>20 dBm) iyi lineerliği sağlamak için mücadele eder.

Impedance Matching and Wideband Design

Smith Chart Techniques for Multi-Octave Bands

Wi-Fi 7 kaplama 2.4 GHz, 5 GHz ve 6 GHz (5.9-7.125 GHz), PA çıkışı, 4 GHz'yi aşan sürekli bir grup üzerinde 50 ohm'a karşı maç yapmalıdır. Geleneksel dar bantlı eşleştirme ağları, VSWR < 1.5-1 tüm grup boyunca dağıtılır.

Balun ve Diferansiyel Tasarım

Birçok modern Wi-Fi PA'lar, ortak mod reddedilmesini ve substrat gürültüyü azaltmak için diferansiyel topolojileri kullanıyor.Seks veya dış balun tek uçlu yüzeylere diferansiyel sinyal getiriyor; balun kendisi düşük ekleme kaybına sahip olmalıdır (<0.5 dB) ve dengeli faz/amplitude (<1° faz hatası) tüm bant genişliğine göre tüm bant genişliğine göre tüm diskoda tümleştirici bir balunlar.

RF Amplifiers'in ölçüm ve doğrulama

Wi-Fi 6/7 PA'nun karakterleştirilmesi ölçümler bir paketi gerektirir:

  • [FONT:0]Küçük imzalı S-parametreler[DÜT:1) (S11, S21, S22), 2- GHz arasında eşleme ve düzlüğü doğrulamayı doğrulamayı.
  • [FONTD:0]Large-signal özellikleri[[Dönetici: P1dB, Psat ve güç-toplayıcı verimliliği temel frekansta ve grup üzerinde.
  • [FONT:0)Linearity metrics[[Döntgenlik: EVM gerçek bir Wi-Fi 6/7 modlu sinyal kullanarak, ±20 MHz ve ±40 MHz dengelemeler ve IP3 (üçüncü sıralı bir kesinti noktası).
  • [FONT:0] ⁇ performansı[[DÜT:1): Junction sıcaklık, kızılötesi termograf veya termal test çipleri kullanarak maksimum çıktı gücünde yükselmektedir.
  • [FONT:0)Stability and load-pull[DÜT:1): Yanlış yüklemelere (VSWR 10:1) Herhangi bir salınım veya hasar sağlamaz.

Dış referans: ayrıntılı ölçüm teknikleri için, IEEE, EVM ve ⁇ maske gerekliliklerini her standart nesil için içeren kapsamlı bir kılavuz yayınladı.

Gelecek Yollar Wi-Fi 7 ve Ötesinde

Endüstri, çok bağlantılı işletim (MLO) ile Wi-Fi 7'ye doğru hareket ettiği gibi, 320 MHz kanal ve 16 uzaysal akışlara kadar RF yükselteçleri buna göre evrimmelidir. Anahtar eğilimleri şunları içerir:

  • [FONT:0] Dijital yoğun ön uçlar[Dönler: Daha fazla işlev dijital alana göç eder, DPD ile ET ve makine öğrenme algoritmaları tarafından kontrol edilen adaptif bir önyargı.
  • [FONT:0) Çok bantlı PA'lar[Dönetici: 3,4/5/6 GHz'yi bağımsız lineerizasyonla kapsayan tek yükselteçler, malzemelerin faturasını azaltmak için gerekli hale gelir.
  • [FONT:0)Reformurable mimariler[[Dönetici: Farklı gruplar için önyargıları ve çıkış gücünü adapte edebilir ve farklı gruplar için baskı yapar (düşük güç IoT vs. yüksek kodlu akış).
  • [FOWLP:0) İleri paketleme[[Dönetici: 1): Fan-out wafer- level paketleme (FOWLP) ve GaAs'nın heterojen entegrasyonu ve tek bir modülde Si ayak izi azaltırken, ısı performansı artırır.

Daha yüksek ⁇ verimliliği ve daha düşük güç tüketimi RF amplifik tasarımında inovasyonu kullanmaya devam edecektir. Mühendisler aynı anda yarı iletken fizik, devre üstoloji, sistem düzeyinde gereksinimleri ve kablosuz devrimin altında bulunan yükselteçleri teslim etmek için kısıtlamalar dikkate almalıdır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

RF amplifikatörlerin Wi-Fi 6 ve Wi-Fi 7 cihazları için tasarım, GaN ve SiGe gibi gelişmiş malzemeler, DPD ve ET gibi doğrusallaştırma tekniklerini benimsemek ve sağlam bant eşleştirme ve paketleme sistemlerinin hızlı evrimi, bant konfigürasyonları, olağanüstü doğrusallık, verimlilik ve bant genişliği ile karşılaştırıldığında, endüstri genelindeki araştırma ve işbirliği gerekliliklerini karşılayabilir.