IC-Substrat - Mikrowellenleistung mit voller Frequenzabdeckung, umfangreiche Halbleitertechnologie

Halbleitermaterialien haben drei Entwicklungsstufen durchlaufen, darunter die erste Generation von Halbleitermaterialien, die durch Silizium (SI) und Germanium (ge) repräsentiert werden; Die zweite Stufe und die dritte Generation von Halbleitermaterialien mit breiter Bandlücke auf Basis von Galliumnitrid (GaN) und Siliziumkarbid (SiC). Vor allem mit der Entwicklung der Kommunikationstechnologie hin zu hohen GHz-Frequenzbändern hat das Halbleitermaterial der dritten Generation GaN, das die Vorteile eines niedrigen Leitungsverlusts und einer hohen Stromdichte hat, größere Aufmerksamkeit aus der Industrie gezogen, was Leistungsverlust und Wärmeableitungslast erheblich reduzieren kann und in der Frequenzumwandlung weit verbreitet ist. Bereiche wie Ladegeräte, Spannungsstabilisatoren, Transformatoren, kabelloses Laden usw.

Es gibt jedoch keine universelle Methodik in dieser Welt. Dasselbe gilt für die Halbleiterprozessmaterialien auf der Hochfrequenz- und Mikrowellenseite der drahtlosen Kommunikation: Der geringe Stromverbrauch, die hohe Integration, die niedrigen Kosten und andere Vorteile von CMOS sind immer noch signifikant; GaAs hat ausgezeichnete physikalische Leistungsvorteile auf dem Gebiet der Hochleistungsübertragung; Die Vorteile von GaN sind hervorragend, und es ist kompatibel mit fast allen neuen Prozesstechnologien in der Silizium-Halbleiter-VLSI-Industrie; GaN hat einzigartige Vorteile bei der Anwendung von Hochfrequenz-, Hochtemperatur- und Hochleistungshochfrequenzkomponenten. Tatsächlich hat ADI als einer der weltweit führenden Halbleiteranbieter für Hochleistungshochfrequenz- und Mikrowellentechnik nahezu alle diese Mainstream-Halbleiterprozesse auch in seiner breiten Produktlinie von DC bis 100GHz umgesetzt. Um das Frontend der Hochleistungs-Hochfrequenz-Mikrowellentechnik zu besetzen, ist es offensichtlich, dass eine Kombination mehrerer Prozesstechnologien erforderlich ist, um das Schlachtfeld zu betreten.

SiGe-Prozess erreicht 24GHz bis 44GHz Mikrowellen-Hoch-/Abwärtswandler Vor nicht langer Zeit kündigte ADI die Einführung der hochintegrierten Mikrowellen-Hoch- und Abwärtswandler ADMV1013 und ADMV1014 an. Diese prozessbasierten SiGe-ICs arbeiten in einem extrem breiten Frequenzbereich von 24GHz bis 44GHz, wodurch es möglich ist, alle 5G-Millimeter-Wellenbänder (einschließlich 28GHz und 39GHz) auf einer einzigen Plattform zu unterstützen, wodurch das Design vereinfacht und Kosten gesenkt werden.

Darüber hinaus kann der Chipsatz eine flache 1GHzRF-Momentanbandbreite bereitstellen, die alle Breitbanddienste und andere Ultra-Wide-Bandbreite Transceiver-Anwendungen unterstützt. Jeder Up- und Down-Converter ist hochintegriert, einschließlich I- (In-Phase) und Q- (Quadratur-Phase-) Mischer. Der On-Chip programmierbare Quadratur Phasenschieber kann konfiguriert werden, um direkt in/von Basisband (Betriebsfrequenz) Bereich: DC zu 6GHz) oder Frequenzumwandlung zu IF (Betriebsfrequenzbereich: 800MHz zu 6GHz) umzuwandeln.

Der Chip integriert auch einen spannungsvariablen Dämpfungsglied, sendenden PA-Treiber (im Up-Wandler) und empfangenden LNA (im Down-Wandler), LO-Puffer und programmierbaren Tracking-Filter mit integriertem 4-fach Multiplikator. Die meisten programmierbaren Funktionen werden über die serielle SPI-Schnittstelle gesteuert. Durch diesen Port bieten diese Chips auch einzigartige Funktionen für jeden Up-Konverter und Down-Konverter, um ihre jeweilige Quadraturphasenusgleichgewicht zu korrigieren, so dass es die Seitenbandemissionsleistung verbessern kann, die normalerweise schwer zu unterdrücken ist, und 10dB oder mehr vom typischen Wert von 32dBc verbessern kann. Auf diese Weise kann es unübertroffene Mikrowellenfunkleistung liefern. Die Kombination dieser Funktionen bietet beispiellose Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit, während externe Komponenten minimiert werden, um die Realisierung von Kleinsystemen wie kleinen Zellen zu unterstützen.

Der hochintegrierte Mikrowellen-Up-Konverter ADMV1013 und ADMV1014 Mikrowellen-Down-Konverter eignen sich sehr gut für Mikrowellen-Funkplattformen, die in den Frequenzbändern der drahtlosen Infrastruktur 28GHz und 39GHz 5G betrieben werden. Diese Konverter haben eine Bandbreite von 1GHz, und ein Upconverter mit einem OIP3 höher als 20dBm, kann strenge Modulationsschemata (wie 1024QAM) unterstützen und kann Multi-Gb drahtlose Daten unterstützen. Darüber hinaus unterstützt der Chipsatz auch andere Anwendungen, wie Satelliten- und Bodenempfangsstationen Breitbandkommunikationsverbindungen, Luftfahrtfunk, HF-Testgeräte und Radarsysteme. Seine hervorragende Linearität und Bildabweisung eignen sich besonders zur Erhöhung der Reichweite von Mikrowellentransceivern.

Traditionelle Materialien verjüngen, 28nm CMOS-Prozess führt HF-TechnologieinnovationTrotz der endlosen Entstehung verschiedener neuer Materialien und Technologien zeigen CMOS-basierte innovative drahtlose Lösungen in den letzten Jahren immer noch blendende Leistung von Zeit zu Zeit. Unter ihnen hat ADI eine Reihe von Hochleistungsprodukten auf den Markt gebracht, die breite Aufmerksamkeit auf sich gezogen haben. 28nm Hochgeschwindigkeits-CMOS-Analog-zu-Digital-Wandler AD9208 für Breitband-Software-Defined-System, zielt auf 4G/5G-Multiband-drahtlose Kommunikationsbasisstation und 2GHz E-Band-Mikrowellen-Punkt-zu-Punkt-Backhaul-Plattform für Gigahertz-Bandbreitenanwendungen ab. 28nm High-Speed Digital-Analog-Wandler Serie AD9172, gab vor nicht langer Zeit bekannt, dass es erneut eine neue AD9081/2 MxFE-Plattform auf Basis seines 28nm CMOS lanciert.

Die AD9081/2 MxFE-Plattform ermöglicht es Herstellern, Multiband-Funkgeräte auf derselben Platine wie Single-Band-Funkgeräte zu installieren, wodurch die Anrufkapazität heutiger 4G LTE-Basisstationen um das 3-fache erhöht wird. Mit 1,2GHz-Kanalbandbreite unterstützt die neue MxFE-Plattform auch drahtlose Betreiber, ihren Mobilfunkmasten mehr Antennen hinzuzufügen, um die höheren Anforderungen an Funkdichte und Datenrate der aufkommenden Millimeterwellen-5G zu erfüllen. Das AD9081/2 MxFE-Gerät integriert 8- und 6-RF-Datenkonverter bzw. realisiert die branchenweit breiteste sofortige Signalbandbreite (bis zu 2.4GHz), reduziert die Anzahl der Frequenzumwandlungsstufen und entspannt die Filteranforderungen, vereinfacht dadurch das Hardwaredesign und reduziert die Anzahl der Chips, um das Problem der Platzbeschränkungen zu lösen, denen drahtlose Gerätedesigner gegenüberstehen, Reduzierung der Leiterplattenfläche um 60%.

Verteilte Leistungsverstärker basierend auf GaAsGallium-Arsenid-Technologie ist eine häufig verwendete Technologie bei der Konstruktion von Hochfrequenz- und Mikrowellengeräten. Wenn Ihr Design 40 GHz überschreitet und 80 oder 90 GHz erreichen kann, dann scheint Galliumarsenid derzeit die einzige Option zu sein. Power Handling, Einfügedämpfung, Isolation und Linearität sind Designparameter, und sowohl Silizium- als auch Galliumarsenid-Prozesse können die Anforderungen erfüllen. Für Hochtemperaturarbeiten zeigt Galliumarsenid überlegene Leistung gegenüber Silizium. Darüber hinaus kann das Galliumarsenid pHEMT-Gerät auch Funktionen wie einen ausfallsicheren Betrieb erreichen, aber das Gerät benötigt eine Stromquelle, um in den leitenden Modus zu gelangen.

ADIs GaAs-basiertes verteiltes Leistungsverstärkerprodukt HMC994A hat einen Betriebsfrequenzbereich von DC bis 30GHz. Das Gerät deckt Dutzende von Bandbreiten, viele verschiedene Anwendungen ab und kann hohe Leistung und Effizienz erreichen. Hier sehen wir, dass es sich um ein Gerät mit einer gesättigten Ausgangsleistung von mehr als 1 Watt handelt, mit einem typischen PAE-Wert von 25% von MHz bis 30 GHz. Dieses Produkt hat auch eine leistungsstarke Intercept Point (TOI) Leistung dritter Ordnung mit einem Standardwert von 38dBm. Die Ergebnisse zeigen, dass der Einsatz von GaAs-basierten Designs Effizienz in der Nähe vieler Schmalband-Endstufen erreichen kann. HMC994A hat eine positive Frequenzzunahme Steigung, hohe PAE Breitbandleistung und starke Rücklaufverluste, die ein einzigartiges Produkt ist.

Die Beziehung zwischen HMC994A Gain, Leistung und PAE und Frequenz.

GaN Breitband-Leistungsverstärker mit herausragendem LeistungsvorteilADI hat ein Standardprodukt HMC8205BF10 eingeführt, das auf GaN-Technologie mit hoher Leistung, hoher Effizienz und großer Bandbreite basiert. Die Arbeitsstromversorgungsspannung des Produkts ist 50V, es kann 35W HF-Leistung bei 35% der typischen Frequenz mit einem Leistungsgewinn von etwa 20dB zur Verfügung stellen und Dutzende von Bandbreiten abdecken.

In diesem Fall benötigen Ingenieure im Vergleich zu ähnlichen GaAs-Lösungen nur einen IC, um etwa 10-mal höhere Leistung zu liefern. In den letzten Jahren kann dies komplexe GaAs-Chip-Assembly-Schemata erfordern, und die gleiche Effizienz kann nicht erreicht werden. Dieses Produkt demonstriert die verschiedenen Einsatzmöglichkeiten der GaN-Technologie, einschließlich der Abdeckung einer breiten Bandbreite, der Bereitstellung von hoher Leistung und hoher Effizienz. Dies zeigt auch die Entwicklungsgeschichte der Hochleistungsverpackungstechnologie elektronischer Geräte, da dieses flanschgekapselte Gerät das kontinuierliche Wellensignal (CW) unterstützen kann, das von einigen speziellen Anwendungen benötigt wird.

Zusammengefasst haben verschiedene Halbleitermaterialien ihre Vorteile. Heute, mit der immer umfangreicheren Abdeckung von drahtlosen Geräten, können Mainstream-Halbleiterprozesstechnologie-bezogene Produkte ihre einzigartigen Vorteile in verschiedenen Anwendungen spielen: basierend auf Faktoren wie Stromverbrauch und Kosten, Verbraucherterminals Produkte verwenden offensichtlich mehr CMOS-Technologie; CPE verwendet CMOS und SiGe BiCMOS; Low-Power Access Points verwenden CMOS, SiGe BiCMOS und GaAs; Der Bereich der Hochleistungs-Basisstationen ist die Welt von GaAs und GaN. Mit der weitverbreiteten Weiterentwicklung der 5G-Bereitstellung wird sich dieser Trend fortsetzen.