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多賽道共同發(fā)展的氮化鎵,成為5G發(fā)展的關(guān)鍵!

海明觀察 ? 來源:電子發(fā)燒友網(wǎng) ? 作者:李誠 ? 2022-02-09 09:32 ? 次閱讀
電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道(文/李誠)近年來氮化鎵技術(shù)可謂是站在了發(fā)展的上風(fēng)口,各類相關(guān)應(yīng)用在國內(nèi)政策的大力扶持下遍地開花。氮化鎵同時(shí)涵蓋了射頻與功率領(lǐng)域,具有耐高溫、高開關(guān)頻率、高效的特性,是支撐5G基建、能源互聯(lián)網(wǎng)、新能源汽車、充電樁、消費(fèi)類快充快速發(fā)展的關(guān)鍵。

在“新基建”5G基站的建設(shè)中,氮化鎵扮演著一個(gè)不可或缺的角色。在5G網(wǎng)絡(luò)中,其無線電的工作頻率最高可達(dá)6GHz,而4G LTE網(wǎng)絡(luò)的工作頻率只有2.7GHz,工作頻率的升高不僅提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾剩€對發(fā)射機(jī)的功率效率提出了更高的要求。

氮化鎵與傳統(tǒng)的Si和GaAs相比擁有著更為優(yōu)越的性能,多用于射頻放大器中,為5G網(wǎng)絡(luò)提高更低延遲的高速連接,以及應(yīng)用的高可靠性。在汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化以及工業(yè)自動(dòng)化等多面大力驅(qū)使下,5G基站得以快速普及,氮化鎵在射頻領(lǐng)域的市場規(guī)模也在迅速擴(kuò)大。據(jù)Yole預(yù)測,2026年GaN RF市場規(guī)模將達(dá)到24億美元(約153.6億人民幣),其中,2026年5G電信GaN RF營收占比將達(dá)到41%,約62.7億人民幣。

在氮化鎵射頻領(lǐng)域中,吸引了不少國際一線半導(dǎo)體廠商的青睞,如Qorvo、Wolfspeed、富士通英特爾等。在國內(nèi)三安集成、蘇州能訊、海威華芯等都有氮化鎵射頻晶圓產(chǎn)線的布局。
其中,Qorvo、恩智浦、Microchip陸續(xù)推出基于氮化鎵的5G射頻解決的方案,助力5G技術(shù)的發(fā)展。

Qorvo推出專為5G小基站設(shè)計(jì)的氮化鎵PA

Qorvo作為全球射頻方案的龍頭企業(yè),在射頻芯片領(lǐng)域有著較多的經(jīng)驗(yàn)積累,并在5G射頻領(lǐng)域也取得了多項(xiàng)在性能上的突破。

其中,Qorvo為使得5G無線基礎(chǔ)設(shè)施具有更高的性能和穩(wěn)定性,專為5G基站研發(fā)出了一系列5G毫米波基站專用的GaN-on-SiC毫米波射頻前端模塊,奠定了5G基礎(chǔ)建設(shè)的良好基礎(chǔ)。
去年6月,Qorvo還專門推出了面向小型5G基站的高效功率放大器系列產(chǎn)品,以緩解人口稠密的下5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋度的問題。
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圖源:Qorvo

上圖為該系列產(chǎn)品的詳細(xì)參數(shù),頻率范圍在850MHz~3.8GHz均有覆蓋,在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行不同頻率范圍的產(chǎn)品選擇。該系列產(chǎn)品都具備了提供高功率附加效率的能力,最高可至36%,在一般情況也能保持在30%以上。

其中,QPA9942是一款能高效的小型5G蜂窩基站射頻放大器,該放大器工作頻率在3.3GHz~3.8GHz,工作功率為4W,可為寬帶5G信號提供-50dBc的出色DPD線性化ACPR。當(dāng)輸出功率為+28dBm時(shí),PAE能夠保持在36%。

圖源:Qorvo

該芯片采用的是5x5mm的SMT封裝,并且引腳與QPA9908、QPA9901和QPA9903相互兼容,這也進(jìn)一步提高了產(chǎn)品電路設(shè)計(jì)的互通性,縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。

在射頻應(yīng)用中,射頻模塊對靜電是相對敏感的,當(dāng)靜電等級達(dá)到一定值時(shí)會致使無線模塊受到永久性的損壞,為避免不必要的信號衰減和損壞,Qorvo在設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)為QPA9942集成額了ESD保護(hù),提高終端應(yīng)用的可靠性。

Microchip專為5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的GaN MMIC功率放大器

去年6月 21日,Microchip推出了具有高線性度可用于衛(wèi)星通信終端和5G網(wǎng)絡(luò)的MMIC氮化鎵功率放大器GMICP2731-10。

該放大器采用GaN-on-SiC的制造工藝,將碳化硅與氮化鎵的優(yōu)勢融合,以此提供更可靠、高性能的解決方案,提高整體功率的輸出,實(shí)現(xiàn)更高效的散熱。據(jù)悉,該功率放大器在27.5 至 31 GHz 的 3.5 GHz 帶寬內(nèi)工作時(shí),可提供10W的輸出功率,其功率附加效率為20%,小信號增益為22 dB,回波損耗為15 dB。

圖源:Microchip

同時(shí)該芯片還采用內(nèi)平衡結(jié)構(gòu)的內(nèi)部設(shè)計(jì),分別在輸入端與輸出端配置了一個(gè)50Ω的電阻,并在輸出端集成了直流阻斷電容用以簡化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

眾所周知,通信基站最大的運(yùn)營成本就是電費(fèi),基站功耗的問題是運(yùn)營商要面對的一大挑戰(zhàn),功耗的問題直接影響著終端產(chǎn)品的落地。為解決產(chǎn)品功耗問題,據(jù)Microchip表示,這款采用了GaN-on-SiC制造工藝的放大器與使用GaAs材料的同類型產(chǎn)品相比,在系統(tǒng)功耗和產(chǎn)品重量體積上降低了30%,進(jìn)而使得產(chǎn)品更加小型化和低功耗,是降低設(shè)備運(yùn)營成本,實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保的最佳手段,對5G基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展有著積極的推動(dòng)作用。

結(jié)語

氮化鎵無論是在射頻領(lǐng)域還是在電源領(lǐng)域,使用了氮化鎵的終端產(chǎn)品在系統(tǒng)效率、功率密度、帶寬方面與Si材料相比,都有著顯著的優(yōu)勢。隨著技術(shù)的成熟,已經(jīng)有更多的硅基氮化鎵進(jìn)入市場,氮化鎵已成為5G時(shí)代不可或缺的原材料,也是各大廠重點(diǎn)布局的一大領(lǐng)域。
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