ADI 高功率硅开关可节省大规模 MIMO RF 前端设计中的偏置功率和外部组件
http://www.31byq.com 2021-03-01 13:35:38 电子网
  多输入、多输出(MIMO)收发器架构广泛用于高功率RF无线通信系统的设计。作为迈入5G时代的一步,覆盖蜂窝频段的大规模MIMO系统目前正在城市地区进行部署,以满足用户对于高数据吞吐量和一系列新型业务的新兴需求。高度集成的单芯片射频收发器解决方案(例如,ADI新推出的ADRV9008/ADRV9009产品系列)的面市促成了此项成就。在此类系统的RF前端部分仍然需要实现类似的集成,意在降低功耗(以改善热管理)和缩减尺寸(以降低成本),从而容纳更多的MIMO通道。
 
  MIMO架构允许放宽对放大器和开关等构建模块的RF功率要求。然而,随着并行收发器通道数目的增加,外围电路的复杂性和功耗也相应升高。ADI采用硅技术的新型高功率开关专为简化RF前端设计而研发,免除外围电路的需要并将功耗降至可忽略不计的水平。ADI采用硅技术的新型高功率开关为RF设计人员和系统架构师提供了提高其系统复杂度的灵活性,且不会让RF前端成为其设计瓶颈。
 
  在时分双工(TDD)系统中,天线接口纳入了开关功能,以隔离和保护接收器输入免受发送信号功率的影响。该开关功能可直接在天线接口上使用,或在接收路径中使用,以保证正确接至双工器。在开关输出上设有一个并联支路将有助改善隔离性能。
 
  基于PIN二极管的开关具备低插入损耗特性和高功率处理能力,一直是首选解决方案。然而,在大规模MIMO系统的设计中,它们需要高偏置电压以施加反向偏置(用于提供隔离)和高电流以施加正向偏置(用于实现低插入损耗),这就变成了缺点。示出了一款用于基于PIN二极管的开关及其外设的典型应用电路。三个分立的PIN二极管通过其偏置电源电路施加偏置,并通过一个高电压接口电路进行控制。
 
  ADI的新款高功率硅开关更适合大规模MIMO设计。它们依靠单5 V电源供电运行,偏置电流小于1 mA,并且不需要外部组件或接口电路。图4中示出了内部电路架构。基于FET的电路可采用低偏置电流和低电源电压工作,因而将功耗拉低至可忽略的水平,并可在系统级上帮助热管理。除了易用性之外,该器件架构还可提供更好的隔离性能,因为在RF信号路径上纳入了更多的并联支路。
 
  并排对比了单层PCB设计上基于PIN二极管的开关和新型硅开关的印刷电路板(PCB)原图。与基于PIN二极管的开关相比,硅开关所占用的PCB面积不到其1/10。它简化了电源要求,且不需要高功率电阻器。
 
  ADI的高功率硅开关能够处理高达80 W的RF峰值功率,这足以满足大规模MIMO系统的峰值平均功率比要求,并留有裕量。表1列出了ADI专为不同的功率级别和各种封装类型而优化的高功率硅开关系列。这些器件继承了硅技术的固有优势,而且与替代方案相比,可实现更好的ESD坚固性和降低部件与部件间的差异。
 
  大规模MIMO系统将继续发展,并将需要进一步提高集成度。ADI的新型高功率硅开关技术很适合多芯片模块(MCM)设计,将LNA一起集成,以提供面向TDD接收器前端的完整、单芯片解决方案。另外,ADI还将调高新设计的频率,并将引领针对毫米波5G系统的相似解决方案。随着ADI将其高功率硅开关产品系列扩展到了X波段频率和更高的常用频段,电路设计人员和系统架构师还将在其他应用(例如相控阵系统)中受益于ADI新型硅开关,
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