5G和GaN:未来创新

很容易忘记GaN仍然是一个相对较年轻的技术。我们仍处于发展的前几代,具有很大的改进和完善潜力。本文着眼于即将出现的一些GaN创新,并预测了它们在未来几年内对基站供电的影响。

功率密度

我们的期望是,在未来三到五年内,我们将看到GaN本身已经具备的强大功率密度功能的改进。如今,已经存在使用GaN实现更高功率密度的方法,但是从商业角度来看,成本是极其高昂的。例如,将GaN而不是碳化硅放在金刚石上。可能,但是费用并不能使基站成为现实。尽管如此,仍在研究其他具有成本效益的工艺,这些工艺将在未来几年内提高材料的原始功率密度。

5G基础设施市场的吸引力显而易见-便宜,更高效,带宽更宽的基站。其他行业也对此产生了浓厚的兴趣。特别是雷达应用将受益,因为它们专注于在给定空间内产生尽可能多的功率和效率。随着这些子市场中GaN的激增,规模经济增加,价格将继续下降。

线性度

毫无疑问,GaN半导体行业将基站作为头等大事来提高线性功率。 [R&在接下来的几年中,所有的开发工作都致力于提高线性效率。

同时,我们的期望是基站调制方案赢得了’在接下来的三到五年内将发生重大变化。它分解为每赫兹比特的简单计算。无论您运行的是256 QAM还是1024 QAM,系统都将获得每赫兹带宽一定数量的位。如果这些数字不会发生重大变化,那么从系统中产生更多收益的理想方法是提高线性效率。

这并不是说无法通过基本设备的强大功能来解决。即使不改善线性度,PA的整体功率效率仍将改善信号。由于它们需要更少的系统功率和更少的天线阵列,因此还可以帮助设计人员缩小系统。在使用其他电源或第二级解决方案的同时,行业中GaN供应商的目标是减少俘获效应,以使系统变得尽可能简单。

温度

基站的温度随着时间的推移持续上升。五年前,标准是将器件规范为85°C。 OEM将温度提高到105°C,并且期望基站设计人员能够适应125°C的温度。大多数GaAs器件的最高温度为150°C,这只能使您在25°C的温度下工作。 GaN供应商将必须与系统设计师紧密合作,以找到创新的方法来保持嵌入式元件的低温。在具有大型MIMO阵列的小型室外设备中,这种压力将更加严重。当今存在创意解决方案,但价格不高。我们预计这种情况将在未来几年内发生变化。

整体解决方案

每个GaN供应商都在微调GaN器件的物理性能,以提高线性效率,功率密度和可靠性,同时减少例如俘获,电流崩塌和电流漂移的负面影响。这可以在某种程度上在设备级别上完成,但是要充分发挥潜力,应该与整个架构链一起开发基站RFFE系统,这就是我们今天看到的许多前瞻性活动。

随着行业从LDMOS转向GaN解决方案,这一点尤其重要。技术从根本上不同。它不像取代GaN PA那样简单,而且期望效率提高10点。存在不同的系统问题和解决方案。针对LDMOS优化的基站可能不适用于GaN PA,反之亦然。应该整体上针对GaN优化基站系统。

现在,我们开始看到这种趋势,并且随着效果的结果不言而喻,我们希望在接下来的几年中采用更多的技术。与供应商合作弥合这种整体设计差距的嵌入式设计师将把自己定位为行业领导者。 OEM当然会说他们已经在使用系统级方法。我们不会争辩这个事实,但是我们相信还有进一步的收获,特别是随着链的RF部分变得更加智能和集成化之后。

智能射频和人工智能

减轻陷阱一直是每种半导体材料的问题,GaN也不例外。高速开关应用可为GaN功率放大器创造极具挑战性的陷波环境。由于PA的行为可能取决于PA接收到的先前信号,因此解决这些陷阱效应可能很复杂。传统方法是在物理层(一直到基底)中进行处理,以解决’导致出现问题的行为。目前的技术还无法完全缓解这种陷阱,但始终处于R之下&D study.  

另一种方法可能是使用软件算法来预测导致诱捕的变化。有了智能的RF控制器并对现有条件有足够的了解,设备就可以潜在地识别流量模式并预测活动的下一个高峰。或者,识别活动减少并在控制器级别进行更改以减少功耗。这已经在基站中完成了很多年,但是仍在不断努力以改进技术。

这就是OEM厂商正在考虑在无线电级别实施人工智能的原因。 RFFE系统可以随着时间的推移优化自身。从理论上讲,如果现场无线电设备发生故障,它可以自我识别错误并从错误中“学习”。然后,下次它可以防止造成故障的一系列事件,或者有可能修复该故障。无需标记承运人,派出卡车并将人员放在塔中以解决小问题。您可以想象,这将避免大量的停机时间和费用。

6G

即使5G仍处于推出初期,有关6G的讨论也已经开始。早期的预测表明,6G将在远超过100Ghz的频带中交付,这是我们知道GaN支持的频率。这种解决方案很可能不会采用传统的蜂窝塔式部署,但是无论采用哪种形式,我们都认为GaN在高频和宽带宽方面的效率对于将6G变为现实至关重要。


罗杰·霍尔 是现任高性能解决方案总经理 Qorvo,Inc.并领导无线基础设施,国防和航空航天以及电源管理市场的程序管理和应用工程。

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