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5G双通道功放设计(dual band PA 26GHz&32GHz)

 3 years ago
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5G双通道功放设计(dual band PA 26GHz&32GHz)

问苍茫大地谁主沉浮?姆们!姆们!姆们!

5G sub6 阶段的技术已经趋于成熟。但28GHz和39GHz依旧受技术与成本制约达不到足够好的水平。目前主流方案是Doherty PA解决高频功放效率不足问题,而成本问题依旧存在。另一种思路就是下文所述的双频功放,一颗芯片同时覆盖28GHz和39GHz,如果再结合Doherty形式,可以进一步提高芯片效率。

内容所涉及的芯片来自plextek RFI,来自英国的Design House。

目前欧洲的5G标准是

——26GHz(24.25GHz-27.5GHz)-“Pioneer”5G频段

——32GHz(31.8GHz-33.4GHz)-“Future”5G频段

国内的相关频段则有些出入,目前主流说法应该会控制在

——28GHz,39GHz,以及77GHz。

比起国内的标准,欧洲的5G标准更容易实现双频的设计,因为频段相似则尺寸会更接近,有利于设计。

首先看下需求背景,希望是适合5G双频的功放:

适用5G欧洲标准的双频功放

上图是双频功放的需求参数。针对这个需求,有三种解决方案:

  1. 2片独立功放,一片负责26GHz,一片负责32GHz
  2. 一片超宽带功放,直接覆盖24Ghz-34GHz
  3. 双频功放,独立负责26GHz和32GHz

优劣一目了然,所以选最后一个。

然后就是设计思路了哦,思路如下:

  1. 首先设计2个独立功放,每个功放负责一个频段

- 采用共同的拓扑(这点尤为重要),三极管尺寸以及偏置

- 采用多三极管并联输出,实现所需要的增益和功率

2. 设计一个开关,实现两个独立功放的切换

- 射频元件开管电路作用的部分是:

  • 传输线长度

3. 采用PHEMT三极管实现开关,降低毫米波频段的寄生电容问题。

PHEMT管等效开关形式

如果仔细看页头电路的照片就可以发现。整体设计的核心就是利用开关控制匹配电路和偏置,保证了双频的设计模式。

采用三级设计可以看到,在漏极输出部分的匹配加入了开关,开关控制匹配阻抗的长度电容部分同样采用开关控制26GHz和32GHz时大信号与小信号的比对,驻波情况良好,功率与效率稍弱版图layout与偏置位置

核心的开关设计如下!!

开关控制部分,红色路径是高频匹配,绿色则为低频26GHz时匹配

另一部分需要注意的则是双频下的偏置电压

转换电路逻辑

在26GHz时,Vctrl1为0 V,Vctrl2为Vgg

在32GHz时,Vctrl1为Vdd,Vctrl2为Vg23

芯片采用了Si基GaN工艺。可以看出最终最大功率仅为1w左右,更适合小型独立设备的5G芯片,而对于5G基站来说则太过低了。如果继续在这个基础上优化,可以尝试更大的管芯尺寸8个管子并联,达到10w输出。目前P1dB的效率是25%,如果采用多合体形式,预测实际可能会有40%。这样对于基站或许更合适。


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