Сучасні електронні системи все частіше вимагають компактних, ефективних підсилювачів потужності (ПА), які вписуються в тісні пробіли без вагових показників. Від CubeSats і 5G малих клітин до портативних військових радіостанцій і інтернет-підходів (IoT) трансасивери, тиск для зменшення ПА-відбитків ніколи не був більшим. Менше PA заощаджує цінну дошку нерухомості, полегшує термічне управління, знижує матеріальні витрати, і часто покращує загальну ефективність системи, зменшуючи міжключні втрати. Однак мінітуризація представляє собою господаря торгово-офісних операцій, що розвиваються, лінійність, пропускна здатність і надійність. Ця стаття досліджує ключові виклики, що підтримуються, - приклади -

Розуміння викликів підсилювача потужності

Підсилювачі живлення властиво об'ємним, тому що вони повинні обробляти високі напруги і струми, дисіпсувати значне тепло, і включають великі пасивні компоненти для імпедансування, зносу і фільтрації. У типовому модулі PA може зайняти тільки частку загальної площі; решта споживається за допомогою вхідних / вихідних мереж, декоулінгових конденсаторів, зв'язкових проводів і теплоносіїв. Параситичні індуктивності і ємності з упаковки і міжключення подальшої деградації, акцинації дизайнерів, щоб використовувати більші, нижчі компоненти. Термічне управління особливо проблематично: W50

Стратегії для мінімізації розміру підсилювача потужності

Монолітна інтеграція

Цей модуль для автоматичного згоряння та відновлення даних, що не містить функцій, що містяться в одному мікросхемі, що дозволяється використовувати вбудований контур (MMIC) та дозволяється використовувати міжчасову упаковку та зменшує параметри. Сучасні модулі з високою якістю та зондування PA-MMICs об'єднують декілька етапів підсилювача, мереж, а також підсилювачі драйверів у нижній частині декількох квадратних міліметрів. Наприклад, одно-chip PA з вбудованим ПАО-дисплеєм, що дозволяє збільшити кількість перемикачів, які будуть в чотири рази більше. Системно-на-чип (SoC) для підключення до 6 ГГц, що підвищують надійність друкованих плат

Прийняти високоефективні технології

Висока ефективність роботи з підвищеною потужністю (PAE) означає меншу кількість тепла, яка безпосередньо знижує розмір та вагу компонентів тепломенеджменту. Галій нітрид (GaN) на силіконовому карбіді (SiC) стала технологією вибору для високопотужних, компактних ПА завдяки широкому діапазону, високої напруги, відмінної теплопровідності. GaN PAs може працювати на стоячих напругах 28-65 V, що дозволяє дуже високу вихідну здатність до живлення (5-10 Вт/мм) і дозволяє забезпечити точне рівень потужності, щоб досягти з набагато меншою кількістю, ніж GaAs або кремнієвих LDMOS. Менше вихідний балон може бути більш спрощеним

Оптимізація дизайну з розширеним моделюванням

На етапі проектування починається мінімізація патчів: 1. Використання нелінійних гармонік-балансових тренажерів, що поєднуються з електромагнітним (EM) аналізом, інженери можуть оптимізувати периферію, імпеданс, що відповідає мережі, а також макетування паразитики для досягнення цільової продуктивності в найменшій можливої області. Заміри навантаження та інструменти оптимізації AI-накопичувачів прискорюють пошук компактних топологій, наприклад, люльованих мереж замість розподілених ліній передачі, наприклад, коротка площа друкованої плати, що дозволяє легко переводити, наприклад, більш детальна плата може бути використана на частотах до декількох гігагерц.

Інновації теплового управління

Найдешевші теплові установки для очищення тепла в ПА часто обмежують фактор у мініатурації. Традиційні підходи спираються на великі алюмінієві радіатори з примусовим повітрям, але просторово-насичені конструкції вимагають більш креативних рішень. Мікроканальні радіатори, які циркулюють теплоносій через субміллометрові канали, очищаються безпосередньо в субстрат, можуть забезпечити >10x краще теплопередачі, ніж звичайні методи. Для високопотужних GaN PAs, вбудованих двофазних охолодження (наприклад, парокамери або теплові труби) може поширюватися нагрів на більшій площі без додавання товщини. Теплові застібки та паялки, що заповнюються, вертикально через друковану, забезпечують друковану пластину.

Комплектуючі для поверхневих та розширених упаковок

Переміщення в порівнянні з холостими або великими пакетами флангу до поверхневих пристроїв (SMDs) різко знижує відбитки стоп і дозволяє автоматизовані складання. Сучасні високопотужні пакети SMD, такі як QFN (квадратна плоска нідерланда) і масив сітки (LGAip) можуть обробляти до десятків ват при правильно розроблених з декількома наземними шпильками і піддаються витоку. 3D-моделі з'єднаннями, що забезпечують зменшення рівня вафельних ліній, що дозволяють зменшити кількість герметиків, що зменшує гидросельні елементи, що дозволяють зменшити кількість дробильних елементів

Технології та тренди майбутнього

У порівнянні з деякими перспективними розробками продовжується швидкість мініатуризації. Ультраширокий діапазон (UWB) ПАС з використанням неоднорідних розподілених топологій або змішаних процесів CMOS-GaN може обкладинку декількох смуг (наприклад, 0.5–18 ГГц) в одній штампі, що дозволяє усунути необхідність окремих підсилювачів для різних частотних смуг. Конвертація (ET) і цифрова предисторація (DPD) дозволяє ПАС для запуску на більш високі точки ефективності, зменшення тепла відходів і таким чином, розмір охолодження. Гетерогенна інтеграція - комунікація SiGe або CMOS драйверів з вивідними стадями GaN, що дозволяють водити мікробульти або мікробами.

Висновок

Зменшення відбитків потужності підсилювачів у простирадлених додатках вимагає цілісного підходу, що балансує напівпровідникову технологію, проектування контурів, упаковки та термотехніку. Монолітна інтеграція, використання високоефективних матеріалів, таких як GaN, імітація-драйвова оптимізація, а також інноваційні технології охолодження та упаковки кожен сприяє значному зменшенню розмірів. Ніякого рішення підходить всім особам, кращі результати поєднують кілька стратегій, що пошиті на конкретний рівень потужності, частота, екологічні умови та вартість цілей. Затримуючи абрест технологій, що виявляються, наприклад, гетерогенна інтеграція та 3D упаковка—інженці можуть продовжувати просувати межі мініації PA, ущі, ущільнення, у високопродуктивних системах.