深度解读 | 5G时代下的射频前端技术

电子工程世界 2020-07-14

5G时代的开启,使网络基站和用户设备(例如:手机)变得越来越纤薄和小巧,能耗上也变得越来越低。为了适合小尺寸设备,许多射频应用所使用的印刷电路板(PCB)也在不断减小尺寸。一个典型的射频前端由开关、滤波器、放大器及调谐组件组成。在手机、小蜂窝、天线阵列系统、Wi-Fi 等 5G 应用中,射频前端正在变成一个复杂的、高度集成的系统封包。

作为核心组件射频前端模块在技术上有哪些提升呢?下面一一为您来解读。

氮化镓技术


氮化镓(GaN)是一种二进制 III/V 族带隙半导体,非常适合用于高功率、耐高温晶体管。

化镓技术的部分重要属性:

可靠性与结实性:氮化镓的功率效率更高,因此降低了热量输出。使用氮化镓可以让人们不再使用这些高成本的散热办法。

 
图 4-6:氮化镓减少了基站设计的复杂性,降低了成本。

低电流消耗:氮化镓降低了工作成本,产生的热量也更少。另外,低电流还有助于减少系统功耗和降低电源需求。

功率能力:相比于其他半导体技术,氮化镓设备提供更高的输出功率。

频率带宽:氮化镓拥有高阻抗和低栅极电容,能够实现更大的工作带宽和更高的数据传输速度。

集成:5G 需要体积更小的解决方案,这促使供应商将大规模、包含多个技术的离散式射频前端,替换成单体式全面集成解决方案。

体声波滤波器技术


表面声波滤波器和体声波滤波器具有占位面积小、性能优异、经济适用等优势,在移动设备滤波器市场上居于主导地位。

体声波滤波器最适合 1 GHz 至 6 GHz 的频段,表面声波滤波器最适合 1 GHz 以下的频段。

对于智能手机设计者,5G 的推出对于电池寿命和主板空间又是一个挑战。

不出意外,从 4G 到 5G,手机里安装的滤波器数量急剧增加,载波聚合是滤波器数量增加的主要促成因素。

图 4-7:智能手机与集成滤波器技术。

体声波技术的一项优势就是散热,如图 4-8 所示。

图 4-8:SMR BAW 滤波器功率处置方式。

射频技术、封装及设计


射频前端由多个半导体技术设备组成。众多的 5G 应用需要五花八门的处理技术、设计技巧、集成办法和封装办法,以满足各个独特用例的需求。

对于 5G 的 7GHz 以下频段,相应的射频前端解决方案需要创新封装办法,例如,提高组件排列的紧凑度;缩短组件之间的导线长度,以尽量减少损耗;采用双面安装;划区屏蔽;以及使用更高质量的表面安装技术组件等。

所有 5G 用例都需要射频前端技术。根据射频功能、频带、功率等级等性能要求,射频半导体技术的选择不尽相同。如图 4-9 所示,每个射频功能和应用分别对应多个半导体技术。

图 4-9: 5G 射频通信技术。

射频前端技术讲的很清晰明了吧,想了解更多知识请点击“ 阅读原文

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