Подложка ИС - высокочастотное радиочастотное покрытие, широкое полупроводниковое покрытие

Полупроводниковые материалы прошли три этапа развития, включая первое поколение полупроводниковых материалов, представленных кремнием (SI) и германием (Ge); соединения, представленные арсенидом галлия (GaAs) и фосфидом индия (InP) на втором этапе, и третье поколение широкозонных полупроводниковых материалов на основе нитрида галлия (GaN) и карбида кремния (SiC). Особенно с развитием коммуникационных технологий в сторону высокогигагерцовых частотных диапазонов все большее внимание промышленности привлекает полупроводниковый материал третьего поколения GaN, обладающий такими преимуществами, как низкие потери проводимости и высокая плотность тока, что позволяет значительно снизить потери мощности и нагрузку на теплоотвод, и широко используется в преобразовании частоты. В таких областях, как зарядные устройства, стабилизаторы напряжения, трансформаторы, беспроводная зарядка и т.д. покрытие

Однако универсальной методики в этом мире не существует. То же самое можно сказать и о полупроводниковых технологических материалах радиочастотной и микроволновой части беспроводной связи: Низкое энергопотребление, высокая степень интеграции, низкая стоимость и другие преимущества КМОП остаются значительными; GaAs имеет отличные физические характеристики в области передачи высокой мощности; совместимость с SiGe технологическими процессами Преимущества GaN выдающиеся, и он совместим практически со всеми новыми технологическими процессами в кремниевой полупроводниковой индустрии СБИС; GaN имеет уникальные преимущества в применении высокочастотных, высокотемпературных и мощных радиочастотных компонентов. Фактически ADI, являясь одним из ведущих мировых поставщиков высокопроизводительных радиочастотных и микроволновых полупроводниковых технологий, также заложила практически все эти основные полупроводниковые процессы в свою широкую линейку продукции, охватывающую диапазон от постоянного тока до 100 ГГц. Очевидно, что для того, чтобы занять передовые позиции в области высокопроизводительных радиочастотных СВЧ-технологий, необходимо сочетание нескольких технологических процессов для выхода на поле боя.

SiGe-процесс позволил создать микроволновый повышающий/понижающий преобразователь с частотой 24 ГГц на 44 ГГц

Не так давно компания ADI объявила о выпуске высокоинтегрированных микроволновых повышающих и понижающих преобразователей ADMV1013 и ADMV1014. Эти ИС на основе SiGe-процесса работают в чрезвычайно широком частотном диапазоне от 24 до 44 ГГц, что позволяет поддерживать все диапазоны миллиметровых волн 5G (включая 28 и 39 ГГц) на одной платформе, построенной на их основе, и тем самым способствует упрощению проектирования и снижению стоимости.

Кроме того, чипсет может обеспечить плоскую мгновенную полосу пропускания 1 ГГцRF, поддерживая все широкополосные сервисы и другие приложения для приемопередатчиков со сверхширокой полосой пропускания. Каждый повышающий и понижающий преобразователь имеет высокую степень интеграции, включая I (синфазный) и Q (квадратурно-фазовый) смесители. Программируемый квадратурный фазовращатель на кристалле может быть настроен на прямое преобразование в/из базовой полосы (диапазон рабочих частот: DC - 6 ГГц) или преобразования частоты в ПЧ (диапазон рабочих частот: 800 МГц - 6 ГГц).

Высокоинтегрированные СВЧ-преобразователь ADMV1013 и СВЧ-преобразователь ADMV1014 очень хорошо подходят для платформ СВЧ-радиосвязи, работающих в диапазонах частот 28 и 39 ГГц инфраструктуры беспроводной связи 5G. Эти преобразователи имеют полосу пропускания 1 ГГц, а повышающий преобразователь с OIP3 выше 20 дБм может поддерживать строгие схемы модуляции (например, 1024QAM) и поддерживать беспроводную передачу данных со скоростью несколько Гбит/с. Кроме того, чипсет поддерживает и другие приложения, такие как широкополосные линии связи со спутниками и наземными приемными станциями, авиационная радиосвязь, радиочастотное испытательное оборудование и радиолокационные системы. Его превосходные характеристики линейности и отклонения изображения особенно подходят для увеличения дальности действия СВЧ-трансиверов.

Традиционные материалы омолаживаются, 28-нм КМОП-процесс возглавляет инновации в области радиочастотных технологий

Несмотря на бесконечное появление различных новых материалов и технологий, в последние годы инновационные беспроводные решения на базе КМОП время от времени демонстрируют ошеломляющие характеристики. В частности, компания ADI выпустила ряд высокопроизводительных продуктов, которые привлекли к себе широкое внимание. 28-нм высокоскоростной КМОП аналого-цифровой преобразователь AD9208 для широкополосной программно-определяемой системы, предназначенной для многодиапазонной базовой станции беспроводной связи 4G/5G и микроволновой транзитной платформы 2 ГГц E-диапазона "точка-точка" для приложений с гигагерцовой полосой пропускания. 28-нм высокоскоростной цифро-аналоговый преобразователь серии AD9172, не так давно объявивший о выпуске новой платформы AD9081/2 MxFE на базе 28-нм КМОП.

Платформа AD9081/2 MxFE позволяет производителям устанавливать многодиапазонные радиоприемники на той же площади платы, что и однодиапазонные, что увеличивает пропускную способность современных базовых станций 4G LTE в 3 раза. Благодаря полосе пропускания канала 1,2 ГГц новая платформа MxFE также позволяет операторам беспроводной связи устанавливать больше антенн на свои вышки сотовой связи, чтобы соответствовать требованиям к плотности радиосвязи и скорости передачи данных, предъявляемым появляющимися миллиметровыми волнами 5G. В устройстве AD9081/2 MxFE интегрировано 8 и 6 ВЧ-преобразователей данных соответственно, что позволяет реализовать самую широкую в отрасли мгновенную полосу пропускания сигнала (до 2,4 ГГц), уменьшить количество каскадов преобразования частоты и снизить требования к фильтрам, упростив тем самым проектирование аппаратуры. А уменьшение количества микросхем позволяет решить проблему нехватки места, с которой сталкиваются разработчики беспроводных устройств, благодаря чему площадь печатной платы уменьшается на 60%.

Распределенный усилитель мощности на основе GaAs

Технология арсенида галлия широко используется при разработке радиочастотных и СВЧ-устройств. Если частота проектируемого устройства превышает 40 ГГц, а может достигать 80 или 90 ГГц, то арсенид галлия представляется единственным вариантом на сегодняшний день. Параметры, характеризующие мощность, вносимые потери, развязку и линейность, могут быть удовлетворены как кремниевыми, так и арсенид-галлиевыми технологиями. Для работы при высоких температурах арсенид галлия демонстрирует лучшие характеристики, чем кремний. Кроме того, pHEMT-устройство на основе арсенида галлия может выполнять такие функции, как отказоустойчивость, однако для перехода в проводящий режим ему требуется источник питания.

Распределенный усилитель мощности HMC994A компании ADI на основе GaAs имеет диапазон рабочих частот от постоянного тока до 30 ГГц. Устройство охватывает десятки полос пропускания, множество различных применений и позволяет достичь высокой мощности и КПД. Его характеристики показаны на рисунке. Здесь мы видим, что это устройство имеет насыщенную выходную мощность более 1 Вт с типичным значением коэффициента использования добавленной мощности (PAE) 25% в диапазоне от МГц до 30 ГГц. Это устройство также обладает мощными характеристиками точки перехвата третьего порядка (TOI) с типовым значением 38 дБм. Полученные результаты показывают, что использование конструкций на основе GaAs позволяет достичь эффективности, близкой ко многим узкополосным усилителям мощности. HMC994A обладает положительным скатом коэффициента усиления по частоте, высокими характеристиками широкополосной мощности PAE и сильными возвратными потерями, что является уникальным продуктом.

В микросхему также интегрированы аттенюатор с переменным напряжением, драйвер передающего PA (в повышающем преобразователе) и приемного LNA (в понижающем преобразователе), буфер LO и программируемый следящий фильтр со встроенным 4-кратным умножителем. Управление большинством программируемых функций осуществляется через последовательный интерфейс SPI. Через этот порт микросхемы также обеспечивают уникальные функции для каждого повышающего и понижающего преобразователя для коррекции их соответствующего квадратурного фазового дисбаланса, что позволяет улучшить характеристики боковой полосы излучения, которую обычно трудно подавить, и улучшить их на 10 дБ и более по сравнению с типичным значением 32 дБс. Таким образом, он может обеспечить непревзойденные характеристики СВЧ-радиосвязи. Сочетание этих характеристик обеспечивает беспрецедентную гибкость и простоту использования при минимизации внешних компонентов для поддержки реализации малогабаритных систем, таких как малые соты.

Взаимосвязь между коэффициентом усиления, мощностью и PAE HMC994A и частотой.

Широкополосный GaN-усилитель мощности с выдающимся преимуществом по мощности

Компания ADI представила стандартный продукт HMC8205BF10, выполненный по технологии GaN, обладающий высокой мощностью, высоким КПД и широкой полосой пропускания. Рабочее напряжение питания изделия составляет 50 В, оно способно обеспечить 35 Вт РЧ-мощности на 35% типовой частоты, при этом коэффициент усиления по мощности составляет около 20 дБ, охватывая десятки полос пропускания.

При этом по сравнению с аналогичными GaAs-решениями инженерам требуется лишь ИС, обеспечивающая примерно в 10 раз большую мощность. В последние несколько лет для этого могут потребоваться сложные схемы сборки GaAs-чипов, и такой же эффективности достичь невозможно. Данный продукт демонстрирует различные возможности использования технологии GaN, включая покрытие широкой полосы пропускания, обеспечение высокой мощности и высокой эффективности. Здесь также показана история развития технологии упаковки мощного электронного оборудования, поскольку это устройство с фланцевым корпусом может поддерживать сигнал непрерывной волны (CW), необходимый для некоторых специальных приложений. покрытие

Подведем итоги

Подводя итог, можно сказать, что различные полупроводниковые материалы имеют свои преимущества. Сегодня, когда беспроводные устройства получают все более широкое распространение, основные продукты, связанные с полупроводниковыми технологиями, могут играть свои уникальные преимущества в различных приложениях: исходя из таких факторов, как энергопотребление и стоимость, потребительские терминалы в большей степени используют КМОП-технологию; CPE используют КМОП и SiGe BiCMOS; маломощные точки доступа используют КМОП, SiGe BiCMOS и GaAs; а область мощных базовых станций - это мир GaAs и GaN. С повсеместным внедрением 5G эта тенденция сохранится.