多賽道共同發(fā)展的氮化鎵，成為5G發(fā)展的關(guān)鍵！

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李誠(chéng)）近年來(lái)氮化鎵技術(shù)可謂是站在了發(fā)展的上風(fēng)口，各類(lèi)相關(guān)應(yīng)用在國(guó)內(nèi)政策的大力扶持下遍地開(kāi)花。氮化鎵同時(shí)涵蓋了射頻與功率領(lǐng)域，具有耐高溫、高開(kāi)關(guān)頻率、高效的特性，是支撐5G基建、能源互聯(lián)網(wǎng)、新能源汽車(chē)、充電樁、消費(fèi)類(lèi)快充快速發(fā)展的關(guān)鍵。

在“新基建”5G基站的建設(shè)中，氮化鎵扮演著一個(gè)不可或缺的角色。在5G網(wǎng)絡(luò)中，其無(wú)線(xiàn)電的工作頻率最高可達(dá)6GHz，而4G LTE網(wǎng)絡(luò)的工作頻率只有2.7GHz，工作頻率的升高不僅提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?，還對(duì)發(fā)射機(jī)的功率效率提出了更高的要求。

氮化鎵與傳統(tǒng)的Si和GaAs相比擁有著更為優(yōu)越的性能，多用于射頻放大器中，為5G網(wǎng)絡(luò)提高更低延遲的高速連接，以及應(yīng)用的高可靠性。在汽車(chē)智能化、網(wǎng)聯(lián)化以及工業(yè)自動(dòng)化等多面大力驅(qū)使下，5G基站得以快速普及，氮化鎵在射頻領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模也在迅速擴(kuò)大。據(jù)Yole預(yù)測(cè)，2026年GaN RF市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到24億美元（約153.6億人民幣），其中，2026年5G電信GaN RF營(yíng)收占比將達(dá)到41%，約62.7億人民幣。

在氮化鎵射頻領(lǐng)域中，吸引了不少?lài)?guó)際一線(xiàn)半導(dǎo)體廠(chǎng)商的青睞，如Qorvo、Wolfspeed、富士通、英特爾等。在國(guó)內(nèi)三安集成、蘇州能訊、海威華芯等都有氮化鎵射頻晶圓產(chǎn)線(xiàn)的布局。
其中，Qorvo、恩智浦、Microchip陸續(xù)推出基于氮化鎵的5G射頻解決的方案，助力5G技術(shù)的發(fā)展。

Qorvo推出專(zhuān)為5G小基站設(shè)計(jì)的氮化鎵PA

Qorvo作為全球射頻方案的龍頭企業(yè)，在射頻芯片領(lǐng)域有著較多的經(jīng)驗(yàn)積累，并在5G射頻領(lǐng)域也取得了多項(xiàng)在性能上的突破。

其中，Qorvo為使得5G無(wú)線(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施具有更高的性能和穩(wěn)定性，專(zhuān)為5G基站研發(fā)出了一系列5G毫米波基站專(zhuān)用的GaN-on-SiC毫米波射頻前端模塊，奠定了5G基礎(chǔ)建設(shè)的良好基礎(chǔ)。
去年6月，Qorvo還專(zhuān)門(mén)推出了面向小型5G基站的高效功率放大器系列產(chǎn)品，以緩解人口稠密的下5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋度的問(wèn)題。
上圖為該系列產(chǎn)品的詳細(xì)參數(shù)，頻率范圍在850MHz~3.8GHz均有覆蓋，在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行不同頻率范圍的產(chǎn)品選擇。該系列產(chǎn)品都具備了提供高功率附加效率的能力，最高可至36%，在一般情況也能保持在30%以上。

其中，QPA9942是一款能高效的小型5G蜂窩基站射頻放大器，該放大器工作頻率在3.3GHz~3.8GHz，工作功率為4W，可為寬帶5G信號(hào)提供－50dBc的出色DPD線(xiàn)性化ACPR。當(dāng)輸出功率為+28dBm時(shí)，PAE能夠保持在36%。

該芯片采用的是5x5mm的SMT封裝，并且引腳與QPA9908、QPA9901和QPA9903相互兼容，這也進(jìn)一步提高了產(chǎn)品電路設(shè)計(jì)的互通性，縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期。

在射頻應(yīng)用中，射頻模塊對(duì)靜電是相對(duì)敏感的，當(dāng)靜電等級(jí)達(dá)到一定值時(shí)會(huì)致使無(wú)線(xiàn)模塊受到永久性的損壞，為避免不必要的信號(hào)衰減和損壞，Qorvo在設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)為QPA9942集成額了ESD保護(hù)，提高終端應(yīng)用的可靠性。

Microchip專(zhuān)為5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的GaN MMIC功率放大器

去年6月 21日，Microchip推出了具有高線(xiàn)性度可用于衛(wèi)星通信終端和5G網(wǎng)絡(luò)的MMIC氮化鎵功率放大器GMICP2731-10。

該放大器采用GaN-on-SiC的制造工藝，將碳化硅與氮化鎵的優(yōu)勢(shì)融合，以此提供更可靠、高性能的解決方案，提高整體功率的輸出，實(shí)現(xiàn)更高效的散熱。據(jù)悉，該功率放大器在27.5 至 31 GHz 的 3.5 GHz 帶寬內(nèi)工作時(shí)，可提供10W的輸出功率，其功率附加效率為20%，小信號(hào)增益為22 dB，回波損耗為15 dB。

同時(shí)該芯片還采用內(nèi)平衡結(jié)構(gòu)的內(nèi)部設(shè)計(jì)，分別在輸入端與輸出端配置了一個(gè)50Ω的電阻，并在輸出端集成了直流阻斷電容用以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

眾所周知，通信基站最大的運(yùn)營(yíng)成本就是電費(fèi)，基站功耗的問(wèn)題是運(yùn)營(yíng)商要面對(duì)的一大挑戰(zhàn)，功耗的問(wèn)題直接影響著終端產(chǎn)品的落地。為解決產(chǎn)品功耗問(wèn)題，據(jù)Microchip表示，這款采用了GaN-on-SiC制造工藝的放大器與使用GaAs材料的同類(lèi)型產(chǎn)品相比，在系統(tǒng)功耗和產(chǎn)品重量體積上降低了30%，進(jìn)而使得產(chǎn)品更加小型化和低功耗，是降低設(shè)備運(yùn)營(yíng)成本，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保的最佳手段，對(duì)5G基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展有著積極的推動(dòng)作用。

結(jié)語(yǔ)

氮化鎵無(wú)論是在射頻領(lǐng)域還是在電源領(lǐng)域，使用了氮化鎵的終端產(chǎn)品在系統(tǒng)效率、功率密度、帶寬方面與Si材料相比，都有著顯著的優(yōu)勢(shì)。隨著技術(shù)的成熟，已經(jīng)有更多的硅基氮化鎵進(jìn)入市場(chǎng)，氮化鎵已成為5G時(shí)代不可或缺的原材料，也是各大廠(chǎng)重點(diǎn)布局的一大領(lǐng)域。