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5G无线电中功率放大器的变化

星星科技指导员 来源:嵌入式计算设计 作者:Majeed Ahmad 2022-06-24 10:51 次阅读

5G 无线革命正在给射频设计领域带来巨大的变化,手机和无线电基站的功率放大器也不例外。首先,5G 无线应用中的功率放大器芯片将与 4G 网络中使用的功率放大器芯片大不相同。

这主要是因为 5G 传输的宽带调制需要功率放大器的高功率效率和严格的线性度。此外,当 5G 网络要使用相控阵天线来聚焦和控制多个波束时,真正重要的是在多个波束之间划分传输任务的能力。

例如,对于包含 4×4 阵列的相控阵天线,功率放大器的工作功率必须远低于放大当前蜂窝系统中使用的单波束全向信号所需的功率。

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图 1:功率放大器是手机和蜂窝基站射频前端设计的一个组成部分。

这里值得一提的是,5G 网络最初是在 6 GHz 以下的频率范围内实施的。然而,5G 的真正承诺来自于 24 GHz、28 GHz 和 39 GHz 频段中毫米波 (mmWave) 通信的商业实现。因此,虽然厘米波 (cm-Wave) 5G 系统很可能首先在 sug-6 GHz 系统上进入市场,但它们的毫米波对应物将挑战射频设计规范。

因此,在密集部署环境中服务于各种设备的多输入多输出 (MIMO) 天线将需要具有高功率效率和严格线性的功率放大器芯片。具有大量射频前端的相控阵 MIMO 天线也需要能够以更低的成本提供更高集成度的功率放大器。

这种困境可以在包括 PA 模块、PA 双工器、开关功率放大器加双工器 (S-PAD)、PA 模块集成双工器 (PAMiD) 和全无线电模块 (TRM) 在内的新型 PA 设备中看到。

新的集成里程碑

PA 模块已经是集成的基石,正在进一步减少 5G 射频前端的部件数量。5G 网络具有更多频段,这就要求 PA 模块中有更多的射频开关、滤波和功率放大元件。因此,随着 5G 网络的演进,PA 模块的复杂性将不断增加。

在 4G 无线领域,将涵盖多个频段和技术的几乎整个射频前端放入几个 PA 模块的压力已经迫使许多较小的供应商停业。不可避免地,在 5G 领域,将更多电路装入 PA 模块的压力可能会增加。

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图 2:用于 6 GHz 以下通信的功率放大器电路视图。

因此,NXP Semiconductors 正试图通过将更小、更轻的有源天线系统与提供射频功率的多芯片模块 (MCM) 相结合,简化 MIMO 和大规模 MIMO (mMIMO) 系统的射频功率解决方案。这些射频功率放大解决方案在显着提高集成度的同时,涵盖了从 6 GHz 以下到 40 GHz 的频带,同时促进了从毫瓦到千瓦的电源供应。

面向 5G 设计的 PA 模块供应商 Qorvo 也在为 5G 功率放大器面临的挑战做好准备。2016年,RF芯片制造商与线性化软件开发商NanoSemi合作。此次合作旨在通过 NanoSemi 的基于机器学习的数字预失真 (DPD) 算法增强 Qorvo 的 PA 模块,从而确保功率放大器的超宽带线性化。

多载波配置对服务于多频段 5G 设计的功率放大器提出了严峻挑战,而 NanoSemi 的数字补偿技术可帮助功率放大器根据可用资源调整到功率和容量要求。

NanoSemi 还与自动化测试测量解决方案供应商美国国家仪器 (NI) 展开合作,让设计人员能够验证和优化 5G 功率放大器的性能,以应对不断增长的带宽和功率效率需求。该测试解决方案让 5G 设计人员能够深入了解极端线性化条件下功率放大器的性能参数。

PA的底层技术

与 4G 的另一个值得比较的是功率放大器的底层技术。在4G领域,砷化镓(GaAs)一直是功率放大器芯片中的领先技术。这是因为 GaAs 可以轻松支持功率放大器所需的高电压。然而,一旦无线行业超越了 GaAs 设备可能占主导地位的 sub-6 GHz 通信,新型半导体解决方案正在争夺毫米波领域的一席之地。

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图 3:显示用于毫米波射频设计的射频前端模块的框图。

例如,加利福尼亚大学圣地亚哥分校 (UCSD) 开发的一种新的 RF 绝缘体上硅 (SOI) 技术正在掀起波澜,用于将硅基晶体管串联起来以在功率放大器中实现更高的电压。堆叠的晶体管(串联排列的四个晶体管)为 5G 功率放大器提供必要的输出功率。晶体管的堆叠不仅提高了整体电压处理能力,还消除了与体效应和衬底电容相关的寄生问题。

5G 功率放大器的其他候选者包括氮化镓 (GaN) 和硅锗 (SiGe)。GaN 技术通过促进具有更高容量和热效率的多个数据流的传输来增强 PA 性能、效率和功率。据 Yole Développement 称,GaN 器件的射频市场预计将从 2017 年的 3.8 亿美元增长到 2023 年的 13 亿美元。

5G 设计世界处于不断变化的状态,正如本文所示,功率放大器芯片完全是这一转变的一部分。同样明显的是,5G 容量革命的进程将影响功率放大器设计的所有主要方面:物理尺寸、效率、线性度和可靠性。

审核编辑:郭婷

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    Integrated MAX20766智能从设备IC设计用于用于搭配Maxim第七代控制器使用,实现高密度多相稳压器。多达六个智能从设备集成电路加一个控制器集成电路,组成紧凑的同步降压转换器,它可以通过SMBus/PMBus™实现精确的单独相电流和温度报告。 Maxim MAX20766智能从设备IC为过热、VX短路和所有电源UVLO故障提供多种保护电路。如果检测到故障,则该器件立即关断,并向控制器IC发送信号。 MAX20766采用16引脚FCQFN封装(具有裸露的顶部散热焊盘)。顶部散热改善...
    发表于 11-09 09:07 267次 阅读

    ICS-40730 TDKInvenSenseICS40730低噪声麦克风

    venSense ICS-40730低噪声麦克风是一款差分模拟输出、底部端口式微机电系统 (MEMS) 麦克风。ICS-40730集成有MEMS麦克风元件、阻抗转换器、差分输出放大器和增强型射频封装。该款低噪声麦克风具有高达74dBA的SNR、-32dBV差分灵敏度、-38dBV单端灵敏度、124dB SPL声学过载点以及±2dB灵敏度容差。典型应用包括智能家居设备、智能手机、电话会议系统、安防、监控、麦克风阵列、语音控制和激活。 特性 74dBA超高SNR 灵敏度: -32dBV差分灵敏度 -38dBV单端灵敏度 ±2dB灵敏度容差 非反相信号输出 25Hz至20kHz扩展频率响应 增强的射频性能 285µA电流消耗 124dB SPL...
    发表于 11-09 09:07 477次 阅读

    MAX22025AWA+ Maxim Integrated MAX2202x/F隔离式RS-485/RS-422收发器

    Integrated MAX2202x/F隔离式RS-485/RS-422收发器可在器件的电缆侧(RS-485/RS-422驱动器/接收器侧)和UART侧之间提供3.5kVRMS数字电流隔离。当两个端口之间存在较大的接地电位差时,隔离通过中断接地环路来改善通信,并降低噪声。这些器件允许高达0.5Mbps或16Mbps的稳健通信。 MAX2202x/F隔离式RS-485/RS-422收发器具有Maxim专有的AutoDirection控制功能,因此非常适合用于隔离式RS-485端口等应用,其中驱动器输入与驱动器使能信号搭配使用以驱动差分总线。 MAX22025、MAX22027、MAX22025F和MAX22027F具有较低压&#...
    发表于 11-09 09:07 433次 阅读

    ICS-40212 TDKInvenSenseICS40212模拟麦克风

    venSense ICS-40212模拟麦克风是一款微机电系统 (MEMS) 麦克风,具有极高动态范围和低功耗常开模式。该麦克风包含MEMS麦克风元件、阻抗转换器和输出放大器。ICS-40212在电源电压低于2V且工作电流为55μA时,采用低功耗工作模式。 ICS-40212麦克风具有128dB声压级 (SPL) 声学过载点(高性能模式下)、±1dB的严密灵敏度容差以及35Hz至20kHz扩展频率响应。该麦克风采用底部端口表面贴装封装,尺寸为3.5mm x 2.65mm x 0.98mm。典型应用包括智能手机、照相机和摄像机...
    发表于 11-09 09:07 687次 阅读

    ICS-40638 TDKInvenSenseICS40638AOP模拟MEMS麦克风

    venSense ICS-40638高声学过载点 (AOP) 模拟MEMS麦克风(带差分输出)具有极高的动态范围,工作温度高达105°C。ICS-40638包括一个MEMS麦克风元件、一个阻抗转换器和一个差分输出放大器。该麦克风具有138dB声压级 (SPL) 声学过载点、±1dB小灵敏度容差以及对辐射和传导射频干扰的增强抗扰度。该系列具有35Hz至20kHz扩展频率响应,采用紧凑型3.50mm × 2.65mm × 0.98 mm底部端口表面贴装封装。TDK InvenSense ICS-40638 AOP模拟MEMS麦克风应用包括汽车、相机和摄像机以及物联网 (IoT) 设备。 特性 差分非反向模拟输出 灵敏度:-43dBV(差分) 灵敏度容差:±1dB 35Hz至20kHz扩展频率响应 增强的射频抗扰度 PSRR:−81dB 3.50...
    发表于 11-06 09:07 530次 阅读

    DK-42688-P TDKInvenSenseDK42688P评估板

    venSense DK-42688-P评估板是用于ICM-42688-P高性能6轴运动传感器的全面开发平台。该评估板设有用于编程和调试的板载嵌入式调试器和用于主机接口的USB连接器,可支持软件调试和传感器数据记录。DK-42688-P平台设计采用Microchip G55 MCU,可用于快速评估和开发基于ICM-42688-P的解决方案。TDK InvenSense DK-42688-P评估板配有必要的软件,包括基于GUI的开发工具InvenSense Motion Link,以及用于ICM-42688-P的嵌入式运动驱动器。 特性 用于ICM-42688-P 6轴运动传感器 带512KB闪存的Microchip G55 MCU 用于编程和调试的板载嵌入式调试器 用于主机接口的USB连接器 通过USB连接的电路板电源 ...
    发表于 11-06 09:07 389次 阅读

    STM32L4P5AGI6 STMicroelectronics STM32L4P5/STM32L4Q5 32位微控制器 (MCU)

    oelectronics STM32L4P5/STM32L4Q5 32位微控制器 (MCU) 不仅扩展了超低功耗产品组合,还提高了产品性能,采用Arm® 树皮-M4内核(具有DSP和浮点单元 (FPU),频率为120MHz)。STM32L4P5产品组合具有512KB至1MB闪存,采用48-169引脚封装。STM32L4Q5具有1MB闪存,提供额外加密加速器引擎(AES、HASH和PKA)。 特性 超低功率,灵活功率控制 电源:1.71V至3.6V 温度范围:-40°C至85°C或-40°C至125°C 批量采集模式(BAM) VBAT模块中150nA:为RTC和32x32位储备寄存器供电 关断模式下,22nA(5个唤醒引脚ʌ...
    发表于 11-06 09:07 429次 阅读

    ICS-52000 TDKInvenSenseICS52000带TDM数字输出的低噪声麦克风

    venSense ICS‐52000是一款低噪声数字TDM输出底部端口麦克风,采用4mm × 3mm × 1mm小尺寸表面贴装封装。  该器件由MEMS传感器、信号调理、模数转换器、抽取和抗混叠滤波器、电源管理以及行业标准的24位TDM接口组成。 借助TDM接口,包括多达16个ICS‐52000麦克风的阵列可直接连接诸如DSP和微控制器等数字处理器,无需在系统中采用音频编解码器。 阵列中的所有麦克风都同步对其声信号进行采样,从而实现精确的阵列处理。 ICS‐52000具有65dBA的高SNR和宽带频率响应。 灵敏度容差为±1dB,可实现无需进行系统校准的高性能麦克风阵列。 ICS-52000具有两种电源状态:正常运行和待机模式。 该麦克风具有软取消静音功能,可防止上电时发出声音。 从ICS-52000开始输出数据时开始,音量将在256WS时钟周期内上升到满量程输出电平。 采样率为48kHz,该取消静音序列大约需要5.3ms。 The ICS‐52000 features a high SNR of 65dBA and a wideband frequency response. The sensitivity tolerance is ±1dB enabling high‐performance micropho...
    发表于 11-05 17:07 237次 阅读

    IAM-20380 TDKInvenSenseIAM20380高性能陀螺仪

    venSense IAM-20380高性能陀螺仪具有0.5VDD至4V电压范围、400kHz时钟频率以及-40°C至+85°C工作温度范围。IAM-20380具有3轴集成,因此制造商无需对分立器件进行昂贵且复杂的系统级集成。TDK InvenSense IAM-20380高性能陀螺仪非常适合用于汽车报警器、远程信息处理和保险车辆追踪应用。 特性 数字输出X、Y和Z轴角速率传感器(陀螺仪) 用户可编程满量程范围为±250dps、±500dps、±1000dps和±2000dps 集成16位ADC 用户可编程数字滤波器,用于陀螺仪和温度传感器 按照AEC-Q100执行&...
    发表于 11-03 10:07 342次 阅读

    MPF5024AMMA0ES NXP Semiconductors PF502x电源管理集成电路

    502x电源管理集成电路 (PMIC) 在一个器件中集成了多个高性能降压稳压器。PF502x PMIC既可用作独立的负载点稳压器IC,也可用作较大PMIC的配套芯片。 NXP PF502x电源管理集成电路 (PMIC) 具有用于关键启动配置的内置一次性可编程 (OTP) 存储器存储。借助该OTP特性,可减少通常用于设置输出电压和稳压器序列的外部元件数量,从而打造时尚器件。启动后,稳压器参数可通过高速I2C进行&#...
    发表于 11-02 12:06 464次 阅读

    T3902 TDKInvenSenseT3902低功耗多模麦克风

    vensense T3902低功耗多模麦克风具有185µA至650µA电流范围、36Hz至>20kHz额定频率以及3.5mm × 2.65mm × 0.98mm表面贴装封装。T3902麦克风由一个MEMS麦克风元件和一个阻抗转换器放大器,以及之后的一个四阶调制器组成。T3902系列具有高性能、低功耗、标准和睡眠等工作模式。TDK Invensense T3902低功耗多模麦克风非常适合用于智能手机、相机、平板电脑以及安全和监控应用。 特性 3.5mm × 2.65mm × 0.98mm表面贴装封装 低功耗模式:185µA 扩展频率响应:36Hz至>20kHz 睡眠模式电流:12µA 高电源抑制 (PSR):-97dB FS 四阶∑-Δ调制器 数字脉冲密度调制 (PDM) 输...
    发表于 10-30 11:06 390次 阅读

    ICS-40740 TDKInvenSenseICS40740超低噪声麦克风

    venSense ICS-40740超低噪声麦克风具有超低噪声、高动态范围、差分模拟输出和1个底部端口。TDK InvenSense ICS-40740器件采用MEMS麦克风元件、阻抗转换器、差分输出放大器和增强型射频封装。ICS-40740器件具有70dB SNR和±1dB灵敏度容差,因此非常适合用于麦克风阵列和远场语音控制应用。 特性 70d BA信噪比 -37.5dBV灵敏度 ±1dB灵敏度容差 4mm x 3mm x 1.2mm表面贴装封装 80Hz至20kHz扩展频率响应 165µA电流消耗 132.5dB SPL声学过载点 -87d BV PSR 兼容无锡/铅和无铅焊接工艺 符合RoHS指令/WEEE标准 ...
    发表于 10-30 10:06 482次 阅读

    IAM-20680 TDKIAM20680 MEMSMotion Tracking器件

    venSense IAM-20680 6轴MotionTracking器件在3mm x 3mm x 0.75mm的小尺寸封装中集成了3轴陀螺仪和3轴加速度计。IAM-50680器件具有片上16位ADC、可编程数字滤波器、嵌入式温度传感器和可编程中断。TDK InvenSense IAM-20680 6轴MotionTracking器件非常适合用于360°视角相机稳定、汽车报警器和远程信息处理应用。 特性 数字输出X、Y和Z轴角速率传感器(陀螺仪) 用户可编程满量程范围为±250dps、±500dps、±1000dps和±2000dps,集成16位ADC 数字输出X、Y和Z轴加速度计,具有±2g、±4g、±8g和±16g的可编程满量程范围,集成16位ADC 用户可编程数字滤波器,用于陀螺仪、加速度计和温度传感器 自检功能 唤醒运动中断,用于应用处理器的低功耗运行 按照AEC-Q100执行的可靠性测试 按要求提供PPAP和认证数据 应用 导航系统航位推算辅助功能 ...
    发表于 10-29 13:06 1091次 阅读
    IAM-20680 TDKIAM20680 MEMSMotion Tracking器件

    MAXM17720AMB+ Maxim Integrated MAXM17712/20/24 PMIC

    Integrated MAXM17712/20/24电源管理专用IC (PMIC) 是喜马拉雅微型系统级IC (µSLIC) 电源模块,可实现散热更好、尺寸更小、更加简单的电源解决方案。这些IC将高效率150 mA同步降压直流-直流转换器和高PSRR、低噪声、50mA线性稳压器集成到µSLIC™电源模块中。该PMIC在4V至60V宽输入电压范围内工作。该降压转换器和线性稳压器可提供高达150mA和50mA输出电流。 直流-直流转换器的输出用作线性稳压器的输入。这些线性稳压器在不同模块中提供1.2V至3.3V固定输出电压。MAXM17712/20/24模块采用薄型设计,采用2.6mmx3mmx1.5mm µSLIC封装。典型应用包括工业传感器、暖通空调和楼宇控制、电池供电设备以及LDO替代品。 特性 易于使用: 4V至60V宽输入降压转换器 可调节及固定的输出电压模块 内部电感器和补偿 降压转换器输出电流高达150mA 线性稳压器输出的精度为±1.3%,FB精度为±2% 全陶瓷电容器、紧凑布局 ...
    发表于 10-29 13:06 257次 阅读
    MAXM17720AMB+ Maxim Integrated MAXM17712/20/24 PMIC

    MAX40027ATC/VY+ Maxim Integrated MAX40027双路高速比较器

    MAX40027双路高速比较器具有280ps典型传播延迟。这些比较器具有极低过驱分散(25ps,典型值),因此非常适合用于飞行时间、距离测量应用。该器件的输入共模范围为1.5V至V+ 0.1V,与MAX40658、MAX40660和MAX40661等多个广泛使用的高速跨阻放大器的输出摆幅兼容。输出级为LVDS(低压差分信号),有助于最大限度地降低功耗,直接与诸多FPGA和CPU连接。互补输出有助于抑制每个输出线上的共模噪声。MAX40027采用小型、节省空间的3mm x 2mm、12引脚TDFN封装,带侧面可湿性侧翼,符合AEC-Q100汽车级认证要求。MAX40027的工作温度范围为-40°C至+125°C,可在2.7V至3.6V电源电压下工作。 特性 快速传播延迟:280ps(典型值) 低过驱色散:25ps(VOD=10mV至1V)  电源电压:2.7V至3.6V 2.7V电源时45.9mw(每个比较器) 节能型LVDS输出 温度范围:-40°C至+125°C 符合汽车类AEC-Q100标准 小型3mm x 2mm TDFN封装,带可湿性侧翼 ...
    发表于 10-29 13:06 260次 阅读
    MAX40027ATC/VY+ Maxim Integrated MAX40027双路高速比较器

    LPC55S66JBD64K NXP Semiconductors LPC55S6x Arm® Cortex®-M33微控制器

    miconductors LPC55S6x Arm Cortex-M33微控制器 (MCU) 采用Arm双核和Arm TrustZone 技术,适用于工业、楼宇自动化、物联网 (IoT) 边缘计算、诊断设备和消费电子应用。这些器件基于Armv8-M架构,采用低功耗40nm嵌入式闪存工艺,具有先进的安全特性。 LPC55S6x微控制器具有一套独特的安全模块,可为嵌入式系统提供层保护,同时保护最终产品在整个生命周期内免受未知或意外的威胁。这些块包括基于可信根和配置的SRAM PUF、来自加密图像的实时执行&...
    发表于 10-29 13:06 352次 阅读