企业需要激流勇进才能在不断变化的射频市场保持领先地位,而这正是恩智浦之所长。我们利用生产技术打造竞争优势,助力每一代蜂窝网络的发展,并定期制定新的性能标准。
LDMOS技术就是一个典型的例子,它在近30年中一直保持着竞争优势。目前,该技术赋能全球大多数移动通信语音和数据通信,即使在恶劣环境中也游刃有余。恩智浦预测未来的变化趋势,不断优化产品和服务,满足新的移动通信要求。我们最新推出的AirFast LDMOS技术支持全球标准(包括LTE和5G NR),助力蜂窝网络向前发展。
安装在城市基柱上的5G中继器
LDMOS技术将继续发展,继续服务。LDMOS在移动通信、广播和窄带应用中仍然具有较高的功率效率和能效,但它已经发展成熟,功能即将达到上限。
而氮化镓(GaN)是一种比较新的技术,在未来的设计中具有巨大的发展潜力。查看恩智浦面向各种市场的多功能GaN解决方案。GaN的表现已经轻松超过了LDMOS,并且随着时间的推移将不断扩展。5G基站要求较高,显然,GaN是功率放大器(PA)的最佳选择,而功率放大器是基站的基本组件。
PA挑战
在蜂窝基站的信号链中,功率放大器(PA)位于发射器和天线之间。PA将来自发射器的低电平射频信号功率提升至天线所需的水平。在理想情况下,PA能够在不改变信号的情况下增强信号;但PA可能会增加信号失真,降低性能。
面向5G的PA需要满足三个要求:将信号放大到比前几代蜂窝网络更高的频率上,尺寸保持不变,还要降低能耗。
LDMOS长期以来一直是PA的首选技术,但它难以满足5G的这三个要求。相反,GaN能够应对这些挑战,它支持更高的频率,功耗更低,尺寸更小。
更高的频率
LDMOS在低频率上性能最佳,特别是在3 GHz以下的频率上。5G使用的更高频率,GaN的效率更高。与同类LDMOS器件相比,GaN能够以更小的尺寸处理更高的电压,并且可以比普通芯片提供更大的毫米波频率范围。GaN已经用于微波传输,在接近新5G用例的毫米波频谱区间运行。GaN还支持在3.7至4.2 GHz的C波段频谱上运行,该频谱正在向5G蜂窝网开放。
功耗更低
能效是功率放大器的关键问题。基站是蜂窝网络中耗能最多的设备,而其中20%是由功率放大器消耗。因此,即使小幅提高PA的能效也可以降低年度电费,并减少蜂窝通信的二氧化碳足迹。
更高的数据速率和带宽会进一步增加功耗,因此每一代蜂窝网络都需要更多的电力才能正常运行。5G尤为如此。ABI Research在2019年的报告中表明,标准4G LTE小区站点的耗电量在6 kW到9 kW之间,具体取决于流量水平(高流量时段耗电较多)。ABI预计,支持 2G、3G和4G通信以及在700 MHz至3.5 GHz频段上传输的5G通信数据的标准5G基站将平均耗电高达14 kW,负载峰值期间耗电量甚至高达19 kW。除此之外,实现5G全覆盖还需要部署更多的小蜂窝基站,因此支持5G所需的电量会进一步增加。
尺寸更小
为了降低迁移到5G的成本效益,我们的目标是开发与现有4G解决方案尺寸相同的5G解决方案。由于我们的解决方案根据机柜的空间而设计,基站的许多原有设备均可以保留,因此可以简化5G功能部署,降低影响。
采用紧凑的DFN 7 x 6.5 mm包覆成型塑料封装,可实现最佳热性能
GaN可在高频运行,功率密度和能效比LDMOS更高。然而,GaN采用的热封装可与LDMOS技术相媲美。此外,由于一台GaN设备支持多个频段,因此单个器件可以覆盖更广泛的用例,并降低部署的总成本。
恩智浦在面向5G的GaN中继续加大投资
自2003年以来,我们一直参与GaN产品的研发,现在已有一套适合蜂窝基础设施运营的全面产品组合。我们的48V GaN以较小的尺寸提供高功率密度,支持多频段运行,具有高频能力,能效也更高。我们的多功能器件A3G26D055N就是一个很好的例子。A3G26D055N是一款GaN解决方案,具有优异的输出,支持多个频段,适用于多种不同的市场。
我们近期决定将GaN生产引入恩智浦,我们相信,这有助于我们在功率放大器领域继续保持领先地位。我们在美国新建了先进的六英寸(150毫米)RF GaN晶圆厂,专为满足5G需求而造。我们在亚利桑那州钱德勒的生产专家对GaN技术进行了优化,以满足客户需求,并简化设计中射频和数字控制模块之间的交互。此外,钱德勒GaN工厂是目前美国唯一一家符合严格的汽车级质量标准的工厂,为5G部署提供了额外的保障。
恩智浦的GaN Fab无尘室展示了配备设备和排气管的隔间
钱德勒GaN工厂继续促进工厂和研发团队之间的密切合作。这种合作有助于将我们的产品组合扩展到所有频率和功率级别。精心规划的升级和大规模部署将提高能效,扩大规模和降低成本,重点是提供线性化射频性能。
我们在钱德勒工厂的种种举措证明我们在努力践行5G承诺,也表明我们继续在射频工艺技术领域保持领先地位。
如需了解更多有关恩智浦钱德勒GaN工厂和5G活动的信息,请访问 www.nxp.com/RFGaN。
在网站查看我们最新的设计资源。恩智浦《RF产品选型助手》——互动产品查阅指南已经上线。客户可查阅恩智浦Macro RRH、有源天线系统以及工业和消费电子产品组合。