ADI 高功率硅開關(guān)可節(jié)省大規(guī)模 MIMO　RF 前端設(shè)計中的偏置功率和外部組件

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 ADI 高功率硅開關(guān)可節(jié)省大規(guī)模 MIMORF 前端設(shè)計中的偏置功率和外部組件 多輸入、多輸出 (MIMO) 收發(fā)器架構(gòu)廣泛用于高功率 RF 無線通信系統(tǒng)的設(shè)計。作為邁入 5G 時代的一步，覆蓋蜂窩頻段的大規(guī)模 MIMO 系統(tǒng)目前正在城市地區(qū)開展部署，以滿足用戶對于高數(shù)據(jù)吞吐量和一系列新型業(yè)務(wù)的新興需求。高度集成的單芯片射頻收發(fā)器解決方案 (例如，ADI 新推出的 ADRV9008/ADRV9009產(chǎn)品系列) 的面市促成了此項(xiàng)成就。在此類系統(tǒng)的 RF 前端部分仍然需要實(shí)現(xiàn)類似的集成，意在降低功耗 (以改善熱管理) 和縮減尺寸(以降低成本)，從而容納更多的 MIM

2、O 通道。 MIMO 架構(gòu)允許放寬對放大器和開關(guān)等構(gòu)建模塊的 RF 功率要求。然而，隨著并行收發(fā)器通道數(shù)目的增加，外圍電路的復(fù)雜性和功耗也相應(yīng)升高。ADI 采用硅技術(shù)的新型高功率開關(guān)專為簡化 RF 前端設(shè)計而研發(fā)，免除外圍電路的需要并將功耗降至可忽略不計的水平。ADI 采用硅技術(shù)的新型高功率開關(guān)為 RF 設(shè)計人員和系統(tǒng)架構(gòu)師提供了提高其系統(tǒng)復(fù)雜度的靈活性，且不會讓 RF 前端成為其設(shè)計瓶頸。 在時分雙工 (TDD) 系統(tǒng)中，天線接口納入了開關(guān)功能，以隔離和保護(hù)接收器輸入免受發(fā)送信號功率的影響。該開關(guān)功能可直接在天線接口上使用 (在功率相對較低的系統(tǒng)中，如圖 1 所示)，或在接收路徑中使用 (針

3、對較高功率應(yīng)用，如圖 2 所示)，以保證正確接至雙工器。在開關(guān)輸出上設(shè)有一個并聯(lián)支路將有助改善隔離性能。 圖 1.天線開關(guān)。 圖 2.LNA 保護(hù)開關(guān)。 基于 PIN 二極管的開關(guān)具備低插入損耗特性和高功率處理能力，一直是 解決方案。然而，在大規(guī)模 MIMO 系統(tǒng)的設(shè)計中，它們需要高偏置電壓以施加反向偏置 (用于提供隔離) 和高電流以施加正向偏置 (用于實(shí)現(xiàn)低插入損耗)，這就變成了缺點(diǎn)。圖 3 示出了一款用于基于 PIN 二極管的開關(guān)及其外設(shè)的典型應(yīng)用電路。三個分立的 PIN 二極管通過其偏置電源電路施加偏置，并通過一個高電壓接口電路開展控制。 圖 3.PIN 二極管開關(guān)。 ADI 的新款高功

4、率硅開關(guān)更適合大規(guī)模 MIMO 設(shè)計。它們依靠單 5 V 電源供電運(yùn)行，偏置電流小于 1 mA，并且不需要外部組件或接口電路。圖 4 中示出了內(nèi)部電路架構(gòu)?；?FET 的電路可采用低偏置電流和低電源電壓工作，因而將功耗拉低至可忽略的水平，并可在系統(tǒng)級上幫助熱管理。除了易用性之外，該器件架構(gòu)還可提供更好的隔離性能，因?yàn)樵?RF 信號路徑上納入了更多的并聯(lián)支路。 圖 4.ADRV9008/ADRV9009 硅開關(guān)。 圖 5 并排比照了單層 PCB 設(shè)計上基于 PIN 二極管的開關(guān)和新型硅開關(guān)的印刷電路板 (PCB) 原圖。與基于 PIN 二極管的開關(guān)相比，硅開關(guān)所占用的 PCB 面積不到其 1/

5、10。它簡化了電源要求，且不需要高功率電阻器。 ADI 的高功率硅開關(guān)能夠處理高達(dá) 80 W 的 RF 峰值功率，這足以滿足大規(guī)模 MIMO 系統(tǒng)的峰值平均功率比要求，并留有裕量。表 1 列出了 ADI 專為不同的功率級別和各種封裝類型而優(yōu)化的高功率硅開關(guān)系列。這些器件繼承了硅技術(shù)的固有優(yōu)勢，而且與替代方案相比，可實(shí)現(xiàn)更好的 ESD 牢固性和降低部件與部件間的差異. 產(chǎn)品型號頻率插入損耗隔離平均功率峰值功率封裝 ADRF51300.7 GHz 至 3.5 GHz0.6 0.6 dB，2.7 GHz45 dB，3.8 GHz20 W44 W4 mm?x?4 mm 0.7 0.7 dB，3.8 G

6、Hz 45 dB，3.8 GHz20 W，3.8 GHz ADRF51320.7 GHz to 5.0 GHz0.60 dB，2.7 GHz45 dB，5.0 GHz3.2 W10 W，5.0 GHz3 mm?x?3 mm 0.65 dB，3.8 GHz 0.90 dB，5.0 GHz ADRF51600.7 GHz to 4.0 GHz0.8 0.8 dB，2.7 GHz48 dB，3.8 GHz40 W88 W5 mm?x?5 mm 0.9 0.9 dB，3.8 GHz 大規(guī)模 MIMO 系統(tǒng)將繼續(xù)發(fā)展，并將需要進(jìn)一步提高集成度。ADI 的新型高功率硅開關(guān)技術(shù)很適合多芯片模塊 (MCM) 設(shè)計，將LNA 一起集成，以提供面向 TDD 接收器前端的完整、單芯片解決方案。另外，ADI 還將調(diào)高新設(shè)計的頻率，并將引領(lǐng)針對毫米