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聯網技術領域的“GaN 行動”態度

一刀兩斷 ? 來源:Brent Dietz ? 作者:Brent Dietz ? 2022-12-26 10:16 ? 次閱讀

本文最早刊登于《網絡世界》,作者是 IDG 撰稿人 Brent Dietz。

CE2018 國際消費電子展并未讓人失望,會上展示了一些基于網絡的家居、汽車和浴室用小配件。但是,其中的許多技術需要更多數據,從而給無線網絡帶來了巨大壓力。

試想一下,如果美國 1.25 億個家庭突然都使用智能坐便器會怎樣?

當低帶寬設備和高帶寬設備的數量成倍增加時,有線電視網絡和蜂窩基站就會面臨壓力。那么,網絡供應商應該做些什么呢?

答案有點讓人意外,就是借鑒國防工業。當網絡供應商在商用電子產品領域艱難度日時,它們就會試圖采用國防雷達和通信系統的高增益、大功率 RF 解決方案,包括許多采用氮化鎵的解決方案。

是的,采用 GaN 技術

氮化鎵,更常稱為 "GaN",并不是最新的加密貨幣技術,可能是在高中化學課中學過的知識。GaN 是一種化合物半導體,根據應用的不同存在許多不同形式。其中包括:

硅基氮化鎵(GaN-on-silicon 或 GaN-on-Si)

碳化硅基氮化鎵 (SiC) 或 GaN-on-SiC

Ga鍺基氮化鎵或 GaN-on-Ge

金剛石氮化鎵

A以及我個人最偏愛的六方氮化硼氮化鎵或 GaN-on-h-BN

無論何種形式,GaN 都意味著功率。GaN 在溫度較高的條件下能夠可靠運行,且使用壽命更長,因此非常適用于苛刻環境下的航空航天和國防應用。例如,自二十世紀九十年代以來,GaN 就一直用于空間應用、通信系統和有源電子掃描陣列 (AESA) 雷達領域。

您的詞庫中又要添一個新詞了。

直到最近,GaN 的成本一直都很高。用于高可靠性軍事應用的 GaN 器件一般采用陶瓷或金屬封裝;

如今,塑料封裝降低了 GaN 的成本,使其對商業市場更具吸引力。塑料可降低產品重量,實現靈活設計,這兩點對于商業應用來說至關重要。無線基礎設施供應商還可在塑料封裝中使用 GaN 來升級現有系統,從而節省升級時間和成本,同時無需創建全新的設備。

GaN 用于聯網

GaN 可在較高帶寬條件下提高 RF 性能和系統效率,從而滿足當今高速網絡的需求。事實上,與傳統技術相比,GaN 放大器可實現更高的輸出功率,同時將功耗降低 20%。

除了省電之外,GaN 還通過大幅減少材料浪費和生產砷化鎵 (GaAs) 或硅制線路放大器所需的能源來支持其他環保舉措。由于其可靠的熱性能,GaN 還非常適用于長期可靠性至關重要的下一代網絡。

這一切意味著網絡供應商可降低運營成本,并向消費者提供更可靠、性價比更高的無線服務。

盡管在網絡領域仍處于起步階段,但 GaN 已經產生了巨大的影響。GaN 使有線電視領域推出了DOCSIS3.1,即一種有線電視標準,使電纜提供商能夠使用現有電纜基礎設施提高網絡速度。

與 DOCSIS 3.0 相比,新版的 DOCSIS 3.1 標準可將有效的下游“下載”數據速率從 160 Mbps 提高到 10 Gbps,將上游“上傳”數據速率從 120 Mbps 提高到 1 Gbps。而消費者則可以觀看高清電視 (HDTV),并獲得視頻點播 (VOD) 服務。

當您通過高清電視觀賞最喜愛的《怪奇物語》角色不斷擊退怪物的畫面時,您應該感謝 DOCSIS3.1(和 GaN)。

GaN 對于將信號從信號塔發送至手機的蜂窩基站也具有一定的影響。帶寬是一種有限資源。所以,隨著數據需求的提高,網絡運營商必須提高其基站性能,同時管理多余熱量。GaN 可應對這一挑戰,網絡運營商可利用其卓越的散熱性能讓基站保持較低溫度。

5G 的出現使 GaN 變得更加重要。大功率、高頻率和熱量管理是實現第五代蜂窩網絡時遇到的三大挑戰。

GaN 可移動?

在手機中使用 GaN 只是時間問題。智能手機制造商將需要使用 GaN 來實現5G所需的更高毫米波 (mmWave) 頻率。

而其所面臨的挑戰就是在更低的電壓水平下運行 GaN。雷達、基站和有線電視應用的典型工作電壓范圍為 28 至 48 V。但是,手持式設備的平均電壓范圍為 2.7 至 5 V。我們已經在開發新的工藝技術和封裝技術,以便在上述低壓范圍內運行 GaN。

最后,談及 mmWave 時,GaN 將在功率大小和效率方面明顯優于當今的技術。我們預計將在二十一世紀二十年代初期至中期看到 mmWave 應用于移動設備中。

屆時,就靠 GaN 了!

審核編輯黃昊宇

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