采訪者：Microwave Product Digest (MPD)

受訪者：Roger Hall (RH)

Roger Hall --Qorvo 高性能解決方案事業(yè)部總經(jīng)理

Q

MPD：5G 已經(jīng)在為射頻和微波行業(yè)的一些領域創(chuàng)造收入，明年這一收入應該會增加。您認為實施 5G 在未來幾年對業(yè)務會有何影響？

A

RH：5G 主要是在更高帶寬、更高頻率的支持下增加容量、降低延遲并提高穩(wěn)健性，使其自然地適合利用 GaN-on-SiC 和毫米波技術的能力。5G 正在急劇增加，但在許多國家/地區(qū)仍然存在未知性。已經(jīng)進行了部署和現(xiàn)場試驗，這將為 2019 年的容量增長提供支持，但毫米波還有很長的路要走。技術開發(fā)本身很重要，但我認為需要針對正確的客戶需求部署正確的技術。Qorvo 支持所有產(chǎn)品，并且我們正在與客戶一起研究他們的最佳解決方案，這些解決方案可能是各種技術的混合。尺寸、效率和功率將推動著該解決方案的制定。效率越高，傳輸功率就越高或運營成本就越低——這正是 GaN 的價值所在。國防市場已經(jīng)解決了這一問題，但商業(yè)市場的規(guī)模和價格仍有待確定。

QMPD：總的來說，您認為行業(yè)現(xiàn)狀與往年相比如何？A

RH：行業(yè)目前發(fā)展穩(wěn)定，我們正處于由低到高的拐點，這是利用 DARPA 和國防客戶的科研投資獲得的。好消息是技術已經(jīng)就緒；我們只要將其擴大到商業(yè)層面即可。國防客戶將從商業(yè)規(guī)模中受益，因此這是一種共生關系。他們想了解商業(yè)客戶如何創(chuàng)造性地實施這項技術。目前，毫米波將用于固定接入，我們也將開始在消費類車輛上看到高帶寬流的應用。

QMPD：哪些射頻和微波技術將在 2019 年推動行業(yè)發(fā)展？A

RH：基站和移動行業(yè)正在受到越來越多的數(shù)據(jù)需求的推動。網(wǎng)絡制造商估計到 2022 年，智能手機生成的數(shù)據(jù)流量將增加 10 倍。*這種對更多帶寬的追求需要毫米波技術。更高的頻率可以實現(xiàn)更寬的帶寬，因此可滿足更高的數(shù)據(jù)需求。我相信 GaN 技術將繼續(xù)受到關注，因為它已經(jīng)成為許多關鍵國防應用選擇的解決方案，這些應用的需求與商業(yè)應用相同。要在移動技術的新時代應對更復雜的智能手機和移動設備帶來的挑戰(zhàn)，BAW 和 SAW 濾波器技術的集成也至關重要。

延伸閱讀：為何要用GaN來實現(xiàn)5G通信？這些是關鍵

在射頻和功率應用中，氮化鎵（GaN）技術正日益盛行已成為行業(yè)共識。

GaN器件分為射頻器件和電力電子器件，射頻器件產(chǎn)品包括PA、 LNA、開關器、 MMIC等，面向基站衛(wèi)星、雷達等市場；電力電子器件產(chǎn)品包括SBD、常關型FET、常開型FET、級聯(lián)FET等產(chǎn)品，面向無線充電、電源開關、包絡跟蹤、逆變器、變流器等市場。而按工藝分，GaN器件則分為HEMT、HBT射頻工藝和SBD、Power FET電力電子器件工藝兩大類。

目前，射頻市場主要有三種工藝：GaAs，基于Si的LDMOS，以及GaN 工藝。GaAs器件的缺點是器件功率較低，通常低于50W。LDMOS器件的缺點是工作頻率存在極限，最高有效頻率在3GHz以下。GaN則彌補了GaAs和Si基LDMOS這兩種傳統(tǒng)技術的缺陷，在體現(xiàn)GaAs高頻性能的同時，結合了Si基LDMOS的功率處理能力。

在射頻PA市場，LDMOS PA帶寬會隨著頻率的增加而大幅減少，僅在不超過約3.5GHz 的頻率范圍內(nèi)有效，采用0.25微米工藝的GaN器件頻率可以達到其4倍，帶寬可增加20%，功率密度可達 6~8 W/mm（LDMOS 為 1~2W/mm），且無故障工作時間可達 100 萬小時，更耐用，綜合性能優(yōu)勢明顯。

5G帶動GaN崛起

傳統(tǒng)上，LDMOS技術在無線基礎設施領域占主導地位，但這種情況是否正在發(fā)生變化？這個問題的答案是肯定的。

由于5G需要大規(guī)模MIMO和Sub-6GHz部署，需要使用毫米波（mmWave）頻譜，而這將要面對一系列的挑戰(zhàn)。GaN技術可以在sub-6GHz 5G應用中發(fā)揮重要作用，有助于實現(xiàn)更高數(shù)據(jù)速率等目標。高輸出功率、線性度和功耗要求正在推動基站和網(wǎng)絡OEM部署的PA從使用LDMOS技術轉換到GaN，GaN為5G sub-6GHz大規(guī)模MIMO基站應用提供了多種優(yōu)勢：

GaN在3.5GHz及以上頻率下表現(xiàn)良好，而LDMOS在這些高頻下受到挑戰(zhàn)。

GaN具有高擊穿電壓，高電流密度，高過渡頻率，低導通電阻和低寄生電容。這些特性可轉化為高輸出功率、寬帶寬和高效率。

采用Doherty PA配置的GaN在100W輸出功率下的平均效率達到50％~60％，顯著降低了發(fā)射功耗。

GaN PA的高功率密度可實現(xiàn)需要較少印刷電路板（PCB）空間的小尺寸。

在Doherty PA配置中使用GaN允許使用四方扁平無引線（QFN）塑料封裝而不是昂貴的陶瓷封裝。

GaN在高頻和寬帶寬下的效率意味著大規(guī)模MIMO系統(tǒng)可以更緊湊。GaN可在較高的工作溫度下可靠運行，這意味著它可以使用更小的散熱器。這樣可以實現(xiàn)更緊湊的外形。

構建RF前端（RFFE）以支持這些新的sub-6GHz 5G應用將是一項挑戰(zhàn)。RFFE對系統(tǒng)的功率輸出、選擇性和功耗至關重要。復雜性和更高的頻率范圍推動了對RFFE集成、尺寸減小、更低功耗、高輸出功率、更寬帶寬、改善線性度和增加接收器靈敏度的需求。此外，收發(fā)器、RFFE和天線之間的耦合要求更嚴格。

5G sub-6GHz RFFE的一些目標，以及GaN PA如何幫助實現(xiàn)這些目標呢？具體包括如下：

更高的頻率和更高的帶寬： 5G使用比4G更高的頻率，并且需要更寬的分量載波帶寬（高達100 MHz）。GaN-on-Silicon-carbide（GaN-on-SiC）Doherty PA在這些頻率下實現(xiàn)比LDMOS更寬的帶寬和更高的功率附加效率（PAE）。GaN器件的更高效率，更高輸出阻抗和更低寄生電容允許更容易的寬帶匹配和擴展到非常高的輸出功率。

在更高數(shù)據(jù)速率下的高功率效率： GaN具有軟壓縮特性，使其更容易預失真和線性化。因此，它更容易用于數(shù)字預失真（DPD）高效應用。GaN能夠在多個蜂窩頻段上運行，幫助網(wǎng)絡運營商部署載波聚合以增加頻譜并創(chuàng)建更大的數(shù)據(jù)管道以增加網(wǎng)絡容量。

最大限度地降低系統(tǒng)功耗：我們?nèi)绾螡M足5G的高數(shù)據(jù)率要求？我們需要更多基礎設施，例如數(shù)據(jù)中心，服務器和小型蜂窩。這意味著網(wǎng)絡功耗的整體增加，從而推動了對系統(tǒng)效率和整體功率節(jié)省的需求，這似乎很難。同樣，GaN可以通過提供高輸出功率以及提高基站效率來提供解決方案。

上圖顯示了一個示例性sub-6GHz RFFE的框圖，該RFFE使用了Doherty PA設計來實現(xiàn)高效率。新產(chǎn)品方面，2018 年12月，Qorvo發(fā)布了行業(yè)首款28GHz的GaN前端模塊QPF4001，擴大了其 5G 業(yè)務范圍。在基站設備制造商涉足 5G 之后，這款新 FEM 可以幫助他們降低總體系統(tǒng)成本。

28 GHz 頻段是早期基于 5G 的固定無線接入 (FWA) 部署的首選頻段，使運營商能夠滿足 5G 對速度、延遲、可靠性和容量的要求。QPF4001 FEM 在單個 MMIC 中集成了高線性度 LNA、低損耗發(fā)射/接收開關和高增益、高效率多級 PA。針對 5G 基站架構中間隔 28 GHz 的相控陣元件，對緊湊型 5x4 毫米氣腔層表貼封裝進行了優(yōu)化。

Qorvo 的新款 GaN FEM 讓毫米波相控陣系統(tǒng)變得更小、功能更強大，也更加高效，能夠把信號引導到需要更多帶寬的區(qū)域。本應用采用了 Qorvo 的高效率 0.15 微米 GaN-on-SiC 技術，讓用戶能夠更高效的達到更高的 EIRP 級別，同時最小化陣列尺寸和功耗，從而降低系統(tǒng)成本。

Qorvo IDP事業(yè)部總裁 James Klein說：“Qorvo 利用我們具有悠久歷史的毫米波技術，讓 5G 成為現(xiàn)實。三十年來，我們一直在解決點對點、衛(wèi)星通信和國防行業(yè)采用的集成電路所面臨的功率、尺寸和效率挑戰(zhàn)，這些努力促成了如今 Qorvo 的 5G 創(chuàng)新。我們的 GaN 技術被用于進行數(shù)十次 5G 現(xiàn)場試驗，而這個新模塊將進一步減小尺寸和功耗，對于對毫米波頻率產(chǎn)生關鍵影響的超小陣列，這一點至關重要。”

*Qorvo 目前擁有廣泛的 GaN 工藝技術，可用于制造 5G 應用產(chǎn)品