5G通信对未来功率器件的新要求

分享到:

一、5G通信主要特点

第五代移动通信技术(5G)正在快速发展,提供至少十倍于4G 的峰值速率、毫秒级的传输时延和千亿级的连接能力,开启万物广泛互联、人机深度交互的新时代。

国际电联无线电通信部门(ITU-R)从吞吐率、时延、连接密度和频谱效率提升等维度对5G网络的基本特征做出了规范:

  • 高速率:峰值速率超过10Gbps,用户体验速率可达100Mbps-1Gbps;
  • 低延时:网络延迟降低50倍至1毫秒,远远低于4G时代的50毫秒;
  • 海量链接:连接密度从目前的10万/平方公里增至100万/平方公里,相比于4G网络能力呈现指数级的提升;
  • 低能耗:使用5G网络的物联网设备续航时间可达到10年。

1
图1  5G无线通信产业链


二、5G通信对射频器件的要求

5G通信要求更高功率、更高效率、多频段、大带宽、小体积、轻重量,以及高可靠性和更低的成本。具体到射频部分,在网络关键技术方面,5G无线技术中全频谱接入、大规模天线、载波聚合都要求射频部分用新的硬件来实现,这就在基站和移动终端上带来新的硬件增量,另一方面,新的技术提高了射频部分元器件的设计难度,带来元器件单机价值量的提升,5G时代将带来射频部分元器件量价齐升。

全频谱接入需要更多射频器件和更高性能。当5G进入商用阶段后,在一段时间内3G、3G、4G、5G网络同时共存兼容,需要新的射频部分来承担5G通信的功能,增加5G通信功能并不会减少3G/4G射频部分的需求量,5G通信的射频部分为新增量。天线、开关、滤波器、低噪声放大器、功率放大器等都需要重新进行设计,带来元器件个数的提升。另外由于频率提高和调制方式更加复杂,对射频端的器件性能提出了更高的设计挑战,单个元件价值上升。

多载波聚合技术需要更多射频器件。由于每一个射频通道需要使用不同的射频前端和天线部分,需要的上传下载的速率越快,需要的载波数越多,新增的射频器件越多。

5G大带宽、高速率要求射频器件结构升级。5G采用 3GHz 以上的频谱通信,与4G相比,射频最大不同就是采用高频电路。高频电路相比于中低频电路需要从材料到器件,从基带芯片到整个射频电路进行重新考量和设计。

 5G高功率、高频率要求功放器件材料升级。目前,无线通信中的射频功率放大器主要有三种材料及工艺器件:GaAs工艺、基于Si的LDMOS工艺、以及GaN 工艺。GaAs器件的缺点是器件功率较低,通常低于50W。Si LDMOS器件的缺点是工作频率存在极限,最高有效频率在3.8GHz以下。

3
图2 5G射频材料总体需求


三、GaN材料成为5G应用的关键技术

由于5G高频性能特点对影响功放器件原材料选择提出更高的要求。传统的LDMOS材料竞争力减弱,Si LDMOS技术产品不能运行更高的频带(>3.8 GHz)。GaN 优势主要在于带隙宽度与热导率。带隙宽度方面,GaN 的带隙电压高于 GaAs(3.4 eV VS1.42 eV), GaN 器件具有更高的击穿电压,能满足更高的功率需求。热导率方面, GaN-on-SiC的热导率远高于 GaAs,这意味着器件中的功耗可以更容易地转移到周围环境中,散热性更好。

随着载波聚合(CA)、大规模天线(Massive MIMO)技术的成熟应用,GaN在更高的漏极效率、更大的带宽、更高的击穿电压、高输出阻抗和更高的结温操作等方面具有显著优势,更适应5G工作环境。GaN技术允许器件设计师在保持高频率(比LDMOS的频率高出10%以上)的同时实现宽带宽。特别是在3.5GHz及以上的频段,GaN在转换效率,能量密度上的优势将带动功率放大器逐渐取代LDMOS支撑技术。

3
图3 GaN符合5G建设趋势
 

继续阅读
电源设计开发是个技术活儿~

在电源研发的过程中,我们总会遇到这样或者那样的问题,也正如题所说电源设计开发是个技术活儿,也是累活儿,工作繁杂挑战诸多。今天便从功率器件选择、电源原型版设计、电源质量分析、产品最终认证这四个阶段,分析其痛点,希望对大家有所帮助!

SiC功率半导体器件的一些特点特性

温故而知新,我们在使用碳化硅功率器件的时,不妨先学习学习关于碳化硅的一些特点特性,或许你能从中得到不一样的启发,你说呢?

“到2024年,SiC功率半导体市场的价值将达到20亿美元”

Yole指出,主要的市场驱动因素是汽车行业。预计2024年汽车市场总量将达到约10亿美元(市场份额为49%)。SiC已被用于车载充电器(OBC),并且据估计这些应用将在未来几年得到广泛开发。

温故而知新——SiC,您真的了解吗?

最近经常听到的“功率元器件”,具体来说是基于什么定义来分类的呢?恐怕是没有一个明确的分类的,但是,可按以高电压大功率的AC/DC转换和功率转换为目的的二极管和MOSFET,以及作为电源输出段的功率模块等来分类等等。

5G通信对未来功率器件的新要求

5G将带来半导体材料革命性的变化,通讯频段向高频迁移,全频谱接入、大规模天线、载波聚合等技术要求对射频器件性能和设计提出了新的要求。