Substrato IC - Copertura a piena frequenza di prestazione RF a microonde, ampia tecnologia a semiconduttore

I materiali semiconduttori hanno attraversato tre fasi di sviluppo, compresa la prima generazione di materiali semiconduttori rappresentati dal silicio (SI) e dal germanio (ge); La seconda fase e la terza generazione di materiali semiconduttori a banda larga basati su nitruro di gallio (GaN) e carburo di silicio (SiC). Soprattutto con l'evoluzione della tecnologia di comunicazione verso le bande di frequenza ad alta GHz, il materiale a semiconduttore di terza generazione GaN, che presenta i vantaggi di bassa perdita di conduzione e alta densità di corrente, ha attirato maggiore attenzione dal settore, che può ridurre significativamente la perdita di potenza e il carico di dissipazione del calore ed è ampiamente utilizzato nella conversione di frequenza. Campi come caricabatterie, stabilizzatori di tensione, trasformatori, ricarica wireless, ecc.

Tuttavia, non esiste una metodologia universale in questo mondo. Lo stesso vale per i materiali di processo a semiconduttore del lato radio frequenza e microonde della comunicazione wireless: il basso consumo energetico di CMOS, l'alta integrazione, il basso costo e altri vantaggi sono ancora significativi; GaAs ha eccellenti vantaggi di prestazione fisica nel campo della trasmissione ad alta potenza; I vantaggi di GaN sono eccezionali ed è compatibile con quasi tutte le nuove tecnologie di processo nell'industria VLSI dei semiconduttori del silicio; GaN ha vantaggi unici nell'applicazione di componenti di radiofrequenza ad alta frequenza, ad alta temperatura e ad alta potenza. Infatti, ADI, in qualità di uno dei principali fornitori mondiali di semiconduttori di tecnologia a radiofrequenza e microonde ad alte prestazioni, ha anche presentato quasi tutti questi processi a semiconduttore mainstream nella sua ampia linea di prodotti che copre DC a 100GHz. Per occupare il front-end della tecnologia a microonde a radiofrequenza ad alte prestazioni, è ovvio che una combinazione di più tecnologie di processo è necessaria per entrare nel campo di battaglia.

Il processo SiGe raggiunge il convertitore up/down a microonde da 24 GHz a 44 GHz Non molto tempo fa, ADI ha annunciato l'introduzione di convertitori up/down a microonde altamente integrati ADMV1013 e ADMV1014. Questi IC basati su processo SiGe funzionano in una gamma di frequenze estremamente ampia da 24 GHz a 44 GHz, rendendo possibile il supporto di tutte le bande d'onda millimetriche 5G (inclusi 28 GHz e 39 GHz) su un'unica piattaforma costruita, contribuendo così a semplificare la progettazione e a ridurre i costi.

Inoltre, il chipset può fornire una larghezza di banda istantanea 1GHzRF piatta, supportando tutti i servizi a banda larga e altre applicazioni di ricetrasmettitore a banda ultra-larga. Ogni convertitore up e down sono altamente integrati, compresi i miscelatori I (in fase) e Q (in fase di quadratura). Il commutatore di fase programmabile in quadratura su chip può essere configurato per convertire direttamente in/dalla banda base (frequenza operativa) Range: DC a 6GHz) o conversione di frequenza in IF (intervallo di frequenza operativo: 800MHz a 6GHz).

Il chip integra anche un attenuatore variabile di tensione, trasmettendo driver PA (nel convertitore up) e ricevendo LNA (nel convertitore down), buffer LO e filtro tracking programmabile con moltiplicatore integrato 4 volte. La maggior parte delle funzioni programmabili sono controllate tramite l'interfaccia seriale SPI. Attraverso questa porta, questi chip forniscono anche funzioni uniche per ogni up-converter e down-converter per correggere il loro rispettivo squilibrio di fase quadratura, in modo da poter migliorare le prestazioni di emissione della banda laterale che è solitamente difficile da sopprimere e migliorare 10dB o più dal valore tipico di 32dBc. In questo modo, può fornire prestazioni radio a microonde senza pari. La combinazione di queste caratteristiche offre flessibilità e facilità d'uso senza precedenti, riducendo al minimo i componenti esterni per supportare la realizzazione di sistemi su piccola scala come le piccole celle.

Il convertitore a microonde ADMV1013 altamente integrato e il convertitore a microonde ADMV1014 down-converter sono molto adatti per le piattaforme radio a microonde operanti nelle bande di frequenza dell'infrastruttura wireless 5G 28GHz e 39GHz. Questi convertitori hanno una larghezza di banda di 1GHz e un upconverter con un OIP3 superiore a 20dBm, può supportare schemi di modulazione rigorosi (come 1024QAM) e può supportare dati wireless multi-Gb. Inoltre, il chipset supporta anche altre applicazioni, come i collegamenti di comunicazione a banda larga per stazioni di ricezione satellitare e terrestre, radio aeronautica, apparecchiature di prova RF e sistemi radar. La sua eccellente linearità e le prestazioni di rifiuto dell'immagine sono particolarmente adatte per aumentare la gamma dei ricetrasmettitori a microonde.

I materiali tradizionali ringiovaniscono, il processo CMOS 28nm guida l'innovazione della tecnologia RF Nonostante l'emergere senza fine di vari nuovi materiali e tecnologie, negli ultimi anni, le soluzioni wireless innovative basate su CMOS mostrano ancora prestazioni abbaglianti di tanto in tanto. Tra questi, ADI ha lanciato una serie di prodotti ad alte prestazioni che hanno attirato grande attenzione. Convertitore analogico-digitale CMOS ad alta velocità da 28nm AD9208 per sistema software-defined a banda larga, rivolto alla stazione base di comunicazione wireless multi-banda 4G/5G e alla piattaforma di backhaul punto-punto a microonde da 2GHz per applicazioni di banda gigahertz. La serie AD9172 di convertitore digitale-analogico ad alta velocità a 28nm, ha annunciato non molto tempo fa di aver lanciato ancora una volta una nuova piattaforma AD9081/2 MxFE basata sul suo CMOS 28nm.

La piattaforma AD9081/2 MxFE consente ai produttori di installare radio multi-banda sulla stessa area di bordo delle radio monobanda, aumentando la capacità di chiamata delle odierne stazioni 4G LTE di 3 volte. Con una larghezza di banda di canale 1,2 GHz, la nuova piattaforma MxFE supporta anche gli operatori wireless che aggiungono più antenne alle loro torri cellulari per soddisfare i requisiti di densità radio e velocità dei dati più elevati dell'emergente 5G onda millimetrica. Il dispositivo AD9081/2 MxFE integra rispettivamente 8 e 6 convertitori di dati RF, realizzando la larghezza di banda istantanea del segnale più ampia del settore (fino a 2,4 GHz), riducendo il numero di fasi di conversione di frequenza e rilassando i requisiti del filtro, semplificando così la progettazione hardware e riducendo il numero di chip per risolvere il problema dei vincoli di spazio affrontati dai progettisti di dispositivi wireless, riducendo l'area del circuito stampato del 60%.

Amplificatore di potenza distribuito basato sulla tecnologia GaAsGallium arsenide è una tecnologia comunemente utilizzata nella progettazione di dispositivi a radiofrequenza e microonde. Se il tuo design supera i 40 GHz e può raggiungere 80 o 90 GHz, allora l'arsenuro di gallio sembra essere l'unica opzione al momento. Gestione di potenza, perdita di inserzione, isolamento e linearità sono parametri di progettazione e sia i processi di arsenuro di silicio che di gallio possono soddisfare i requisiti. Per il lavoro ad alta temperatura, l'arsenuro di gallio mostra prestazioni superiori al silicio. Inoltre, il dispositivo pHEMT dell'arsenuro di gallio può anche raggiungere funzioni come il funzionamento in sicurezza di guasto, ma il dispositivo richiede una fonte di alimentazione per entrare in modalità conduttiva.

L'amplificatore di potenza distribuito basato su GaAs di ADI HMC994A ha una gamma di frequenze operative da DC a 30GHz. Il dispositivo copre decine di larghezze di banda, molte applicazioni diverse e può raggiungere alta potenza ed efficienza. Le sue prestazioni sono mostrate nella figura: qui vediamo che si tratta di un dispositivo con una potenza di uscita satura superiore a 1 watt con un tipico valore di efficienza energetica aggiuntiva (PAE) del 25% coprendo MHz a 30 GHz. Questo prodotto ha anche un potente punto di intercettazione di terzo ordine (TOI) con un valore standard di 38dBm. I risultati mostrano che l'uso di progetti basati su GaAs può raggiungere un'efficienza vicina a molti progetti di amplificatori di potenza a banda stretta. HMC994A ha una pendenza positiva del guadagno di frequenza, alte prestazioni di potenza a banda larga PAE e forte perdita di ritorno, che è un prodotto unico.

La relazione tra guadagno HMC994A, potenza e PAE e frequenza.

Amplificatore di potenza a banda larga GaN con eccezionale vantaggio di potenza ADI ha introdotto un prodotto standard HMC8205BF10, che si basa sulla tecnologia GaN con alta potenza, alta efficienza e ampia larghezza di banda. La tensione di alimentazione di lavoro del prodotto è 50V, può fornire 35W potenza RF al 35% della frequenza tipica, con un guadagno di potenza di circa 20dB, coprendo decine di larghezze di banda.

In questo caso, rispetto a soluzioni GaA simili, gli ingegneri hanno bisogno solo di un IC per fornire una potenza circa 10 volte superiore. Negli ultimi anni, ciò potrebbe richiedere complessi schemi di assemblaggio di chip GaAs e la stessa efficienza non può essere raggiunta. Questo prodotto dimostra le varie possibilità di utilizzo della tecnologia GaN, compresa la copertura di un'ampia larghezza di banda, fornendo alta potenza e alta efficienza. Questo mostra anche la storia dello sviluppo della tecnologia di imballaggio delle apparecchiature elettroniche ad alta potenza, perché questo dispositivo incapsulato con flangia può supportare il segnale ad onda continua (CW) richiesto da alcune applicazioni speciali.

RiassumiaIn sintesi, vari materiali semiconduttori hanno i loro vantaggi. Oggi, con la copertura sempre più estesa dei dispositivi wireless, i prodotti tradizionali legati alla tecnologia di processo a semiconduttore possono svolgere i loro vantaggi unici in varie applicazioni: sulla base di fattori quali il consumo energetico e il costo, i terminali di consumo I prodotti utilizzano ovviamente di più la tecnologia CMOS; CPE utilizza CMOS e SiGe BiCMOS; I punti di accesso a bassa potenza utilizzano CMOS, SiGe BiCMOS e GaAs; e il campo delle stazioni base ad alta potenza è il mondo di GaA e GaN. Con l'avanzamento diffuso della distribuzione 5G, questa tendenza continuerà.