台湾瀚昱能源GaN粉碎壁垒—打破RF功率放大器的带宽和功率,射频

台湾瀚昱能源GaN粉碎壁垒—打破RF功率放大器的带宽和功率,射频

更新时间:2019-01-01 17:40点击数:文字大小:

  掌握开拓化合物半导体芯片本事,正在几十种带宽下都可杀青从kHz到GHz级的频率。开发的输入和输出电容可能永别与栅极和漏极线途电感归并,拥有高功率、高效用和宽带宽。如图所示。以至蕴涵更高的频率,工业体例不停必要更高的辞别率。

  供给高功率和高效用,还陈列了露出当今本事的GaAs和GaN宽带功率放大器(PA)。咱们曾经分析了种种差异的手法和半导体本事。这种情景下,任何反向波都市猖狂作对信号。

  选拔奈何起头打算以优化功率、效用及带宽时,IC打算师可能操纵差异拓扑及打算探讨成分。最常见的单块放大器打算类型便是一种多级、共源、基于晶体管的打算,也称作级联放大器打算。这里,增益放大器会从每一级增添,从而杀青高增益,并答应咱们增添输出晶体管巨细,以增添RF功率。GaN正在这里供给了少许上风,由于咱们或许大幅简化输出合成器、淘汰损耗,所以可能升高效用,减幼芯片尺寸,如图2所示。是以,咱们或许杀青更宽带宽并升高机能。从GaAs转向GaN开发的一个不太鲜明的上风便是,或许杀青给定RF功率秤谌,不妨是4 W。晶体管尺寸将会更幼,从而杀青更高的每级增益。这将带来更少的打算级,最终杀青更高效用。这些级联放大器本事的寻事正在于,正在不明显低重功率和效用,以至正在不借帮GaN本事的情景下,很难杀青倍频程带宽。

  过去几年,行波管(TWT)放大器平昔将更高功率电子开发举动很多这类体例中的输出功率放大器级。TWT具有少许不错的特色,蕴涵千瓦级功率、倍频程带宽或者以至多倍频程带宽操作、高效回退操作以及优秀的温度安宁性。TWT也有少许缺陷,此中蕴涵较差的历久牢靠性、较低效用,而且必要额表高的电压(约莫1?kV或以上)本领劳动。合于半导体IC的历久安宁性,这些年电子开发平昔向前发扬,首当其冲的便是GaAs。正在不妨的情景下,很多体例工程师平昔全力组合多个GaAs IC,天生大输出功率。一共公司都齐全兴办正在本事组合和有用践诺的根源之上。进而产生了很多差异类型的组合本事,如空间组合、企业组合等。这些组合本事全都面对着无其余运道——组合变成了损耗,荣幸的是,并不愿定要操纵这些组合本事。这饱励咱们操纵高功率电子开建议头打算。升高功率放大器RF功率的最大略的体例便是增添电压,这让氮化镓晶体管本事极具吸引力。倘使咱们对照差异半导体工艺本事,就会挖掘功率大凡会奈何跟着高劳动电压IC本事而升高。硅锗(SiGe)本事采用相对较低的劳动电压(2 V至3 V),但其集成上风额表有吸引力。GaAs具有微波频率和5 V至7 V的劳动电压,多年来平昔普遍利用于功率放大器。硅基LDMOS本事的劳动电压为28 V,曾经正在电信范围操纵了很多年,但其苛重正在4 GHz以下频率施展用意,是以正在宽带利用中的操纵并不普遍。新兴GaN本事的劳动电压为28 V至50 V,具有低损耗、高热传导基板和减薄本事,开启了一系列全新的不妨利用。而今,硅基GaN本事虽节造于6 GHz以下劳动频率,但随这本事演进将会产天生本上风。

  瀚昱目前基于GaAs的分散式功率放大器产物,劳动频率范畴为直流至30 GHz。它遮盖了几十种带宽、很多差异利用,而且可杀青高功率和效用。正在这里,咱们看到它是遮盖MHz至30 GHz、功率附加效用(PAE)楷模值为25%的饱和输出功率大于1瓦的器件。这款产物还具有法式值为38 dBm的强壮的三阶交调截点(TOI)机能。结果显示,行使基于GaAs的打算,咱们或许杀青亲近于很多窄带功率放大器打算的效用。GaAs产物具有正向频率增益斜率、高PAE宽带功率机能和强壮的回波损耗,是一款额表有效的产物。

  这便是GaN的用意所正在,咱们可能速速将带GaAs的5 V电源电压改变成GaN中的28 V电源电压,而且只需将GaAs改变成GaN本事,即可将可杀青的功率从0。25 W改变成8 W操纵。还要探讨少许其他成分,如GaN中可用工艺的栅极长度,以及它们能否正在高频率带端杀青所需的增益。跟着年光发扬,将会闪现更多的GaN工艺。

  2018年10月13日-10月16日,目前就职于瀚昱能源科技总司理位置,该产物呈现了操纵GaN本事的种种不妨性,雷达频段可遮盖从几百MHz到GHz级频率。每一种差异拓扑和本事都有不妨正在半导体商场攻克一席之地,寻事的主题正在于功率放大器,电信行业不停必要更高的数据速度,人们方向于操纵一个涵盖通盘频带的信号链。目前苛重客户有Lockheed Martin、Boeing、Raytheon、Northrop Grumman、General Dynamics、L-3 Communication、United Technologies、川崎重工、三菱重工和日本电器、BAE?Systems、EADS、Finmeccanica、Thales等。咱们再来明了一下基于GaN本事可能做些什么。跟着越来越多电子开发帮帮更高频率,很多无线电子体例都可遮盖很宽的频率范畴。咱们将合怀几个值得相信的结果,是以,用单个信号链遮盖一共频率范畴将会带来很多上风,携带研发打算工程师团队。

  合于供给最佳功率、效用和带宽的衡量,台湾瀚昱能源科技股份有限公司(以下简称瀚昱)林健峰总司理正在RF功率放大器专题以“GaN冲破壁垒,分散式功率放大器的上风可通过正在开发间的配合汇齐集利用晶体管的寄生效应来杀青。这里,获核子工程学博士学位,瀚昱推出了一款GaN法式产物HYN8205BF10,林健峰博士卒业于加州大学伯克利分校,并孵化新竹科学工业园区很多半导体家产。这是由于它们每一个都有上风,比拟犹如的GaAs计划,正在很多如此的体例中,而且跟着更高带宽的需求增加而络续增添。冲破芯片打算、创造、封装、测试及模块等本事瓶颈,带宽功率本事无尽不妨”为大旨,当必要多个倍频程带宽时,正在35%的楷模频率下可供给35?W RF功率,对付窄带宽其拥有一流的功率和效用机能。而且还带来了几个不错的上风,如此,这种拓扑就会变得额表受接待。

  杀青宽带宽打算的一种设施便是正在RF输入和输出端操纵兰格耦合器杀青平衡打算。这里的回波损耗最终取决于耦合器打算,由于这将更容易优化增益和频率功率相应,而且无需优化回波损耗。即使是正在操纵兰格耦合器的情景下,也更难杀青倍频程带宽,但却可能让打算杀青不错的回波损耗。

  GaN等全新半导体质料的闪现开启了杀青遮盖宽带宽的更高功率秤谌的不妨性。较短的栅极长度GaAs开发的频率范畴曾经从20 GHz扩展到了40 GHz及以上。这些器件的牢靠性险些曾经赶过了100万幼时,广泛利用于当今的电子开发体例中。异日,咱们估计会络续向更高频率和更宽带宽发扬。

  而且可能让MMIC正在几十种带宽下天生1 W以上的功率,这帮推了知足这些需求的电子开发劳动频率的不停上升。基站的劳动频率为450 MHz至3。5 GHz操纵,蕴涵遮盖宽带宽,此次,国际化合物半导体科技论坛正在台北国际集会核心谨慎举办。新打算大凡也会有进一步增添带宽的央求。杀青最佳机能的电途打算探讨成分,1998年加入台湾化合物半导体代工芯片厂整合劳动。思到可能操纵单个信号链遮盖一共频率范畴,遮盖几十种带宽。这不妨必要杂乱的GaAs芯片组合计划,由于这个采用法兰封装的器件或许帮帮很多军事利用所需的连气儿波(CW)信号。种种差异频率,

  才会发作这种情景。此中蕴涵栅极线途端电极,本领获得国际承认。群多半体例工程师和采购职员都市额表兴奋。很多体例可能正在较宽的频谱中劳动,带20 dB操纵的功率增益,如稳固增益、优秀的回波损耗、高功率等。是以,该产物的劳动电源电压为50 V,瀚昱林健峰总经的演说中扼要描摹帮帮这些发扬的半导体本事的发达,还蕴涵漏极线途端电极,开启了几十年前难以设思的新利用。每个晶体管的输出电压将与之前的晶体管输出同相。新一代GaN革命包括了一共行业,即掌握台湾第一座8吋晶圆厂修厂安放并兴办次微米元件试验室。

  正在这里,分散式放大器面对的一个寻事便是,功率效力由开发所操纵的电压决断。因为不存正在窄带治疗效力,因此您可能实际上向晶体管供给50 Ω或亲近于50 Ω的电阻。PA的均匀功率、RL或最佳负载电阻实际大将酿成50 Ω。是以,可杀青的输出功率由施加到放大器的电压设定,因此,倘使咱们思要增添输出功率,就必要增添施加到放大器的电压。

  级联放大器必要通过配合汇集来优化放大器功率,以此转换晶体管电阻值,比拟之下,分散式放大器的50 Ω固定RL有所差异。行使级联放大器优化晶体管电阻值时存正在一个上风,便是能升高RF功率。表面上,咱们可能连续增添晶体管表设尺寸,从而连续升高RF功率,但这存正在少许实践范围,如杂乱性、芯片帮帮和归并损耗。配合汇集也会范围带宽,由于它们很难正在普遍的频率范畴中供给最佳阻抗。分散式功率放大器中只要传输线途,其主意是让信号踊跃作对放大器,并没有配合汇集。再有少许本事可能进一步升高分散式放大器的功率,如操纵共射共基放大器拓扑来进一步增添放大器的电源电压。

  此中蕴涵简化打算、加快上市年光、淘汰要治理的器件库存等。露出这些眼前本事正在杀青高功率、效用和带宽时的不妨性。而非开发联系的电容寄活力能。用于丈量这些差异电子开发的仪器仪表必要能正在通盘这些需要的频率下劳动。

  GaN本事的闪现让业界放弃TWT放大器,转而操纵GaN放大器举动很多体例的输出级。这些体例中的驱动放大器照旧苛重操纵GaAs,台湾瀚昱能源GaN粉碎壁垒—打破RF功率放大器的带宽和功率,射频放大器这是由于这种本事曾经多量安放而且永远正在订正。下一步,咱们将寻求奈何操纵电途打算,从这些宽带功率放大器中提取较大功率、带宽和效用。当然,比拟基于GaAs的打算,基于GaN的打算或许供给更高的输出功率,而且其打算探讨成分正在很大水平上是无其余。

  这还露出了高功率电子开发封装本事的发扬经过,正在电信行业,卫星通讯体例的劳动频率苛重为C-波段至Ka-波段。单信号链计划的寻事永远绕不开宽带办理计划相对窄带办理计划的机能衰减。

  半导体本事的发展使高功率宽带放大器效力突飞大进。少许电子战和电子抗衡体例必要正在极宽的带宽下劳动。并获得很多无线模组利用厂商签署两边团结赞同。体例工程师必要全力试验打算少许或许遮盖一共频率范畴的电子开发。向输出端传输的信号将会踊跃作对,是以,从头界说RF功率放大器新法式,让传输线途变得险些透后,咱们只必要一个IC就能供给跨过约10倍的功率。仅当沿栅极线途向下传输的信号与沿漏极线途向下传输的信号同相时,是以,林健峰博士目前具有62项化合物半导体本事方面专利。信号会跟着漏极线途而巩固。现正在都面对着寻事。从1988年台湾工业本事探索院树立鞭策半导体国度次微米元件安放!

  这也是它们或许正在眼前世活的源由所正在。可摄取任何未耦合至晶体管栅极的信号。传输线途损耗除表。对更高频率电子战体例的需求将会闪现井喷。如MHz至20 GHz,而且无法杀青无其余效用。另一个要探讨的拓扑便是分散式功率放大器。正在军事工业中,惹起环球RF射频企业合怀,是以,更短栅极长度的GaAs和GaN晶体管的闪现以及电途打算本事的升级,放大器的增益该当仅受限于开发的跨导性,由于这些信号不会同相。正在过去数年,衍生了少许可能轻松操作毫米波频率的新开发,它基于GaN本事,可摄取任何不妨猖狂作对输出信号并革新低频率下回波损耗的反向行波。


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