能訊半導(dǎo)體基站發(fā)射系統(tǒng)發(fā)明專利揭秘

該項專利中的基站發(fā)射系統(tǒng)可以形成多個射頻發(fā)射通道，覆蓋更寬的發(fā)射頻帶，更好的適應(yīng)5G基站建設(shè)場景。此外，由于輸入了動態(tài)電壓，能夠充分發(fā)揮GaN射頻功率放大器高效的性能，保證電能的損耗較小，提高整個基站發(fā)射系統(tǒng)的效率。

集微網(wǎng)消息，此前能訊半導(dǎo)體表示，隨著5G基站的建立和高頻化、毫米波的快速發(fā)展，當(dāng)前半導(dǎo)體領(lǐng)域正逐步進(jìn)入LDMOS轉(zhuǎn)到氮化鎵（GaN）的時間窗口。在未來的射頻器件產(chǎn)業(yè)，氮化鎵（GaN）將開辟全新的市場空間，創(chuàng)造更大的商業(yè)價值。

隨著5G標(biāo)準(zhǔn)化研究的不斷推動，未來的5G基站除了傳統(tǒng)的通信業(yè)務(wù)，還將支持大數(shù)據(jù)、高速率、低延遲的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)。而基站本身通信鏈路的功耗大部分來源于發(fā)射鏈路，為保證通信質(zhì)量，基站的射頻功率放大器需要進(jìn)行信號回退，導(dǎo)致攻放的效率大大降低，增大了整個通信組網(wǎng)的功耗。而另一方面，由于5G計劃采用毫米波段，由于嚴(yán)重的路損會削弱信號的傳輸范圍，從而造成基站密度加大，同時波束成形技術(shù)也導(dǎo)致發(fā)射鏈路更加龐大，這都將會造成系統(tǒng)功耗的增加。因此，基站發(fā)射系統(tǒng)將面臨著如何提高射頻功率放大器效率、系統(tǒng)寬帶化以及發(fā)射系統(tǒng)面積小尺寸化的難題

針對上述問題，早在2016年11月11日，能訊半導(dǎo)體就提出了一項名為“一種基站發(fā)射系統(tǒng)”的發(fā)明專利（申請?zhí)枺?01610995789.8），申請人為蘇州能訊高能半導(dǎo)體有限公司。此專利提出一種基站發(fā)射系統(tǒng)，利用核心的氮化鎵射頻功率放大器，再配合其他電源模塊、數(shù)字處理單元來解決現(xiàn)有技術(shù)中基站功耗過大的問題。

圖1 單路基站發(fā)射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

基站發(fā)射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，可以應(yīng)用在任意通信系統(tǒng)的基站裝置中。該系統(tǒng)包括電源模塊101，電荷泵與旁路開關(guān)模塊102、降壓模塊103、GaN射頻功率放大器104以及數(shù)字處理單元105。電源模塊用于向整個基站發(fā)射系統(tǒng)提供電壓；電荷泵與旁路開關(guān)模塊與電源模塊相連，用于對電源模塊提供的電壓進(jìn)行倍增處理。降壓模塊將倍增后的輸出電壓進(jìn)行降壓處理，保證處理后得到的電壓滿足GaN射頻功率放大器的工作電壓需求，從而根據(jù)GaN射頻功率放大器的輸出功率向其提供動態(tài)變化的電壓。GaN射頻功率放大器用于對功率信號進(jìn)行放大處理，提供整個系統(tǒng)的輸出。數(shù)字處理單元與上述所有模塊相連，通過功放輸出功率作為輸入反饋，計算并調(diào)節(jié)電源模塊輸出電壓、電荷泵與旁路開關(guān)模塊的倍增系數(shù)以及降壓模塊降壓范圍。

此專利核心在于基于GaN材料的射頻功率放大器，GaN材料為第三代半導(dǎo)體材料，具有較大的禁帶寬度、高擊穿場強、高遷移率以及高電流密度的特性。因此使用GaN材料制作的射頻功率放大器具有高功率密度、高效、高可靠性、以及寬帶的特性。

另外，GaN射頻功率放大器的輸出等效電容比較小，只有幾pF的量級。與現(xiàn)有技術(shù)中使用的硅(Si)材料和砷化鎵(GaAs)材料的射頻功率放大器相比，GaN射頻功率放大器的輸出電阻Rout隨頻率增長的變化量會小很多，因此可以廣泛應(yīng)用在高頻毫米波領(lǐng)域，適用于當(dāng)前5G基站建設(shè)的場景。同時GaN射頻功率放大器的開關(guān)響應(yīng)時間非常短，因此可以大幅度的提高開關(guān)功放的效率，從而可以提高設(shè)備的效率。

圖2 多路基站發(fā)射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

為提高功率輸出，提高帶負(fù)載能力，經(jīng)常需要使用多個射頻功率放大器提供所需輸出電流，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。相比于圖一，此結(jié)構(gòu)的發(fā)射機(jī)用于提供射頻發(fā)射信號，并輸出到GaN射頻功放，由于多個并行的射頻功放可以形成多個射頻發(fā)射通道，可以覆蓋更寬的發(fā)射頻帶，更好的適應(yīng)5G基站建設(shè)場景。另外由于輸入了動態(tài)電壓，能夠充分發(fā)揮GaN射頻功率放大器高效的性能，保證電能的損耗較小，提高整個基站發(fā)射系統(tǒng)的效率。

借助5G建設(shè)的機(jī)遇，我國在通信領(lǐng)域正處于高速發(fā)展時期，而通信的發(fā)展離不開射頻和半導(dǎo)體領(lǐng)域的支持。能訊半導(dǎo)體提出的這一基于GaN的基站發(fā)射系統(tǒng)毫無疑問能夠進(jìn)一步推動國內(nèi)的通信建設(shè)。正如能訊在采訪中所提到的：“在射頻領(lǐng)域為中國半導(dǎo)體立一塊品牌，是能訊的理想“，而正是因為各個企業(yè)都有這樣的社會責(zé)任感，我國才能夠在飛速發(fā)展的社會中穩(wěn)步向前。