無線技術(shù)是現(xiàn)代通信的重要組成部分，越來越多的用戶和應(yīng)用都需要更多的帶寬。5G網(wǎng)絡(luò)如今正如火如荼的發(fā)展中，極大促進(jìn)了基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展，也對6GHz以下及毫米波頻段的多種無線射頻頻段技術(shù)帶來了全新的挑戰(zhàn)與機遇。
對于不同的射頻頻段來說，功率放大器選用的工藝技術(shù)不盡相同，作為這一領(lǐng)域的長期耕耘者，恩智浦正在開發(fā)多種工藝技術(shù)，以滿足5G市場的不同需求。其中包括了硅工藝的LDMOS，氮化鎵（GaN）和硅鍺（SiGe）工藝。除晶體管和放大器外，該公司還開發(fā)了集成的多輸入多輸出（MIMO）集成天線模塊，作為減少未來無線蜂窩基站尺寸和成本的重要組成。
恩智浦在射頻領(lǐng)域的布局
恩智浦可能是全球最知名的高功率LDMOS晶體管和放大器供應(yīng)商，廣泛用作蜂窩通信基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備（如基站發(fā)射機）中的有源模擬功率器件。LDMOS器件陣容包括運行在7.5至65 V DC電源上的晶體管，并在1 MHz至5 GHz頻率范圍內(nèi)提供1至1800 W的RF /微波輸出功率水平，恩智浦產(chǎn)品涵蓋各代無線蜂窩設(shè)備以及航空航天，廣播，醫(yī)療和軍事系統(tǒng)的應(yīng)用。
在近期舉辦的IEEE國際微波研討會（IMS）上，恩智浦展示的一款LDMOS器件A3T21H456W23S，這款解決方案覆蓋從2.11 GHz到2.2 GHz的全部90 MHz頻帶，體現(xiàn)了恩智浦Si-LDMOS產(chǎn)品出色的效率、射頻功率和信號帶寬性能。該產(chǎn)品去年就在IMS 2018上展示。
同時，恩智浦獨特的空腔塑料封裝，還可以更有效的散熱，從而確保長時間工作壽命。
深耕GaN領(lǐng)域
恩智浦還展示了其48V直流A3G26H200W17S GaN功率晶體管，用于2496至2690 MHz。GaN晶體管在該頻率范圍內(nèi)提供30W 連續(xù)模式功率和200 W峰值輸出功率。它同A3T21H456W23S一樣，也是一種不對稱的Doherty器件，但與LDMOS器件不同，它采用氣腔陶瓷封裝而非塑料封裝。
GaN功率晶體管非常適合小型蜂窩基站的最終級放大，具有56％的典型功率附加效率。它在2496 MHz時提供14.3 dB功率增益，在2690 MHz時功率增益為13.8 dB。2496 MHz的典型PAR為8.2 dB，典型ACPR為-30 dBc。 2690 MHz的典型PAR為7.6 dB，典型ACPR為-36.1 dBc。
GaN-on-SiC
恩智浦還在IMS展會上推出了GaN-on-silicon-carbide（GaN-on-SiC）功率器件。這是該公司首款用于2400至2500 MHz工業(yè)科學(xué)醫(yī)療（ISM）頻段射頻能量應(yīng)用的半導(dǎo)體器件。
MRF24G300HS設(shè)計用作高功率磁控管真空管的固態(tài)替代品，適用于2450 MHz加熱和焊接系統(tǒng)等應(yīng)用，利用其極高的效率和高導(dǎo)電率的SiC來提供高CW輸出功率。晶體管的標(biāo)稱工作溫度范圍為0至+ 55°C。系列型號包括MRF24G300H采用氣囊陶瓷封裝，帶有安裝法蘭，以及型號為MRF24G300HS，采用不帶安裝法蘭的封裝。
1.型號MRF24G300HS是一種高功率GaN-on-SiC晶體管，開發(fā)用于CW和2400至2500 MHz的長脈沖應(yīng)用，并作為加熱和焊接系統(tǒng)中2.45 GHz磁控管的固態(tài)替代品。
在MRF24G300HS參考電路（圖2）中測試，漏極電壓為48 V dc，柵極-源極電壓為-5 V DC，具有優(yōu)秀的封裝特性，晶體管提供的典型測量功率增益為15.3 2400 MHz時的dB和2500 MHz時的14.9 dB（見表）。這種高功率增益將2400 W的10 W CW輸入信號轉(zhuǎn)換為336 W的CW輸出信號，將2500 W的10 W CW輸入信號轉(zhuǎn)換為307 W的CW輸出信號。
2.該參考電路用于表征高功率GaN-on-SiC晶體管，意味著在2400至2500 MHz的ISM RF能量應(yīng)用中作為磁控管的固態(tài)替代品。
在整個100 MHz帶寬內(nèi)，器件的典型功率附加效率（PAE）為70.4％或更高，在2500 MHz時達(dá)到74％以上。它可用于單端或推挽式放大器配置，并已表征為CW操作以及短脈沖和長脈沖（長達(dá)幾秒）。
除了能夠以比磁控管小得多的尺寸產(chǎn)生高功率之外，諸如MRF24G300HS型的功率晶體管比具有比磁控管更大靈活性的管具有更長的工作壽命。這是由于偏置控制，這使得可以動態(tài)調(diào)整晶體管的輸出信號能量的功率，頻率和相位，以獲得最佳的加熱/焊接結(jié)果。
與Si LDMOS技術(shù)相比，GaN半導(dǎo)體材料的高功率密度使其成為射頻能量應(yīng)用的理想選擇：在2.45 GHz處測量的MRF24G300HS晶體管的73％漏極效率比最先進(jìn)的高5個百分點Si LDMOS器件的頻率相同。此外，與LDMOS器件相比，GaN-on-SiC晶體管具有高輸出阻抗，與LDMOS器件相比，可實現(xiàn)寬帶阻抗匹配.MRF24G300HS還具有簡化的柵極偏置，可消除啟動上電序列中的一些錯誤。
更高的頻率
這些LDMOS和GaN器件將在目前用于3G和4G系統(tǒng)的頻帶內(nèi)提供可用的發(fā)射功率電平，以及從約600MHz到6GHz的5G的一些低頻帶。但是如何處理5G信號到達(dá)mmWave頻段，例如26到29 GHz和37到40 GHz？
恩智浦正在探索使用大規(guī)模多輸入，多輸出（mMIMO）有源天線陣列，用于5G小型小區(qū)的RRH，利用微型表面貼裝封裝中的多功能（如開關(guān)和放大）多芯片模塊（MCM），包括尺寸為10×6毫米和4×3毫米的包裝。 MCM基于該公司的各種半導(dǎo)體技術(shù)，如Si LDMOS和GaN。此外，這些模塊還包括匹配50Ω的特性，以簡化mMIMO天線系統(tǒng)的集成。
這些天線系統(tǒng)正在開發(fā)中，在單個有源天線中具有16到64個發(fā)射和接收路徑/天線元件，這些天線由天線元件，濾波器，開關(guān)，天線模塊和基于云的自動控制下的阻抗匹配構(gòu)成。這種mMIMO天線系統(tǒng)已經(jīng)以時分多址（TDMA）格式應(yīng)用，并且預(yù)計將通過5G基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的設(shè)計和構(gòu)造轉(zhuǎn)向頻分多址（FDMA）配置。
在尋求5G毫米波頻率（如26至40 GHz）的半導(dǎo)體解決方案時，恩智浦將其硅鍺（SiGe）半導(dǎo)體技術(shù)稱為與其他半導(dǎo)體技術(shù)相比具有低成本和低功耗的“最佳點”。長期以來，半導(dǎo)體技術(shù)一直致力于在用于微波和毫米波頻率的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）中實現(xiàn)低噪聲，高增益能力，同時在低成本硅半導(dǎo)體基板上生產(chǎn)分立器件和IC。如果5G按預(yù)期增長，SiGe半導(dǎo)體工藝技術(shù)可能會在數(shù)百萬RRH和微蜂窩應(yīng)用，并影響驅(qū)動器和輸出器件的整體市場。