RF前端的高功率末級功放已被GaN功率放大器取代。柵極負壓偏置使其在設計上有別于其它技術,有時設計具有一定挑戰性;但它的性能在許多應用中是獨特的。閱讀本文,了解Qorvo的電源管理解決方案如何消除GaN的柵極偏置差異。
如今,電子工程師明白GaN技術需要柵極負電壓工作。這曾經被視為負面的——此處“負面”和“負極”并非雙關語——但今天,有一些技術使這種柵極負壓操作變得微不足道。今天,我們擁有電源管理集成電路(PMIC)器件,可以輕松可靠地為這些GaN PA通電和斷電,以及PMIC所帶來更多其他優勢。我們將在下面詳細介紹。
在這篇博客文章中,我們將解讀PMIC如何用于設計和控制雷達、無線基礎設施、衛星通信和其他應用中的RF GaN PA技術。我們還將探討PMIC如何幫助優化射頻前端(RFFE)設計以獲得最佳性能。
深入探討RFFE功率管理的系統挑戰
在往期博文中,我們探討了在RFFE中使用GaN 功率放大技術進行設計時遇到的障礙。以下是對相關內容的回顧:
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從電力供應的角度來看,還有其他障礙——比如:
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事實上,采用PMIC可完全消除上述障礙。
深入了解電源軌
在許多RF放大器系統中,RFFE的電源軌很可能為開關電源。這些開關電源具有高電壓擺動和高斜率,這會增加噪聲的可能性。此外還會產生少量的電源調制噪聲,如測量的電源調制比(PSMR)。該PSMR是對調制到RF發射載波上的缺陷(紋波和噪聲)的測量??梢允褂梅歉綦x的RF負載點調節器(PMIC中的RF PoL)來減少或消除這種噪聲。實施RF PoL/PMIC可為RFFE應用帶來最佳運行所需的高精度電壓軌、快速動態響應負載,和低噪聲。
對于RF功率放大器應用而言,純凈的發射器信號并避免電源干擾非常重要,以免在載波頻率周圍產生尖峰(其他線路輻射)。這正是RF PoL的優勢所在;它能產生高輸出電壓,有助于優化功率放大器的效率,控制功率放大器件的額定值,并構建一個可調的控制回路,從而提供一個低噪聲電源。如下圖所示,借助SiC FETs、 ACT43950和ACT43850這三種電源鏈器件,可以獲得全功能的低噪聲電源鏈。
簡化的電源、PMIC和RFFE
上述PMIC框圖分解如下:
GaN PA PMIC控制器
· ACT43750——是一款高度集成的漏極開關和柵極負壓調節器,可實現超快速RF GaN功率放大器漏極開關。此外,它可以自動瞬時保持恒定的RF GaN功率放大器柵極電壓偏置時序,并提供動態偏置校準——即針對溫度波動、電流坍塌和器件老化進行調整。
啟動自動偏壓控制時序
自動生成柵極負偏置電壓
上電時自動校準偏置點
提供開/關漏極開關
當GaN功率放大器因溫度漂移和老化而產生漂移時,重新校準偏置點
電源——恒流穩壓器和降壓RF PoL · ACT43950——一款高壓恒流電容器充電控制器,與Qorvo的SiC FET配合使用,可提供全量程可編程的輸出電壓軌和電流 · ACT43850——RF PoL降壓型DC-DC電源轉換器;其使用ACT43950的輸出并將其降至為GaN功率放大器優化的良好穩定電壓。憑借其先進的配置選項,RFFE系統可以最大限度降低噪聲及電磁干擾(EMI),從而獲得最高性能。
在上文中,ACT43750調節柵極和漏極——漏極電壓范圍為10至55V。需要注意的是,如果您的系統設計已經實施了電壓軌,ACT43750也可獨立使用。在這種情況下,需要添加ACT43750和開關(GaN或Si)。系統中的ACT43750單獨為RF系統的GaN器件提供10至55V直流恒定軌(適合此電壓范圍的GaN功率放大器有:QPD0005M、QPA0017和QPA2612,其它產品請訪問qorvo.com/products/amplifiers/power-amplifiers)。但是,如不添加ACT43950和ACT43850,您的設計將需要更大的功率元件與導線,如上所述。
ACT41000可用于低電壓解決方案;其漏極電壓范圍為3至24V。往期博文《使用電源管理模塊為GaN功率放大器上電(和斷電)》對這一器件進行了概述;此篇博文和相關視頻教程(qorvo.com/design-hub/videos/using-advanced-power-management-to-optimize-gan-pa-performance)介紹了如何在系統中設置和使用該器件。
RF系統設計中使用的ACT41000 PMIC
該器件與上述PMIC、SiC FET和GaN功率放大器器件一樣,適用于雷達、無線基礎設施等領域。
結語
當今的RF系統越來越小,要求更寬的RF帶寬、更高的功率、更高的工作溫度,且必須比以前的解決方案更加可靠。這通常意味著系統復雜性的增加;但在RF GaN應用中采用 Qorvo的PMIC,能夠讓復雜的功率樹更易于管理。PMIC使控制、操作和性能更為精確、可靠和優化。技術的進步讓我們再次“驚嘆不已”?,F在,采用PMIC,設計工程師可以更好、更輕松地進行設計,同時打造技術高度先進的RFFE系統。
審核編輯:劉清
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原文標題:面向GaN功率放大器的電源解決方案
文章出處:【微信號:Qorvo_Inc,微信公眾號:Qorvo半導體】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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