Wzmacniacze mocy wykorzystujące częstotliwość radiową (RF) są niezbędnymi elementami nowoczesnych systemów komunikacyjnych, przemysłowych, lotniczych i obronnych. Ponieważ wymagania dotyczące wydajności stale rosną, inżynierowie często stają przed krytyczną decyzją: czy wybrać technologię azotku galu (GaN), czy LDMOS?

Obie technologie mają ugruntowaną pozycję w branży RF, ale każda oferuje unikalne zalety w zależności od wymagań aplikacji.

Co to jest technologia LDMOS?

LDMOS (Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor) jest od dziesięcioleci szeroko stosowany we wzmacniaczach mocy RF. Jest to dojrzała i opłacalna technologia powszechnie stosowana w infrastrukturze komórkowej, systemach nadawczych i przemysłowym sprzęcie RF.

√ Niezwykle dojrzała technologia: dziesięciolecia masowej produkcji, stabilne procesy, wysokie wskaźniki wydajności i solidny łańcuch dostaw.

√ Wysoka opłacalność: Niskie koszty chipów, opakowania i obwodów pomocniczych, odpowiednie do masowej produkcji.

√ Doskonała liniowość: zniekształcenia wzmacniacza o niskiej mocy, idealne do liniowych zastosowań RF, takich jak stacje nadawcze i makrostacje bazowe.

√ Wysoka niezawodność: odporna na przepięcia, starzenie się i wytrzymuje trudne warunki pracy, przy wyjątkowo niskim wskaźniku awaryjności.

× Dolny limit częstotliwości: odpowiedni tylko dla pasm niskiej częstotliwości i poniżej 3 GHz; straty o wysokiej częstotliwości powodują znaczną degradację wydajności.

× Niska gęstość mocy: duży rozmiar chipa, co utrudnia miniaturyzację urządzenia.

× Wysokie straty przełączania: Sprawność znacznie spada w przypadku wysokiej temperatury i dużego obciążenia.

Czym jest technologia GaN?

Azotek galu (GaN) to technologia półprzewodników o szerokiej przerwie energetycznej, która szybko zyskała popularność w zastosowaniach RF o wysokiej wydajności. W porównaniu z tradycyjnymi materiałami półprzewodnikowymi urządzenia GaN mogą pracować przy wyższych napięciach, temperaturach i gęstościach mocy.

√ Doskonała wydajność w zakresie wysokich częstotliwości: obejmuje dziesiątki pasm częstotliwości GHz, doskonale kompatybilna z radarem fal milimetrowych 5G i radarem z układem fazowanym.

√ Niezwykle wysoka gęstość mocy: przy tej samej mocy jego objętość wynosi tylko 1/3 do 1/5 objętości LDMOS, co powoduje znaczną miniaturyzację urządzenia.

√ Wyższa efektywność energetyczna: wyjątkowo niskie straty przewodzenia i przełączania, mniejsze wytwarzanie ciepła i niższe całkowite zużycie energii.

√ Doskonała wydajność w wysokich temperaturach: szeroka charakterystyka pasma wzbronionego, z pogorszeniem wydajności w wysokich temperaturach znacznie mniejszym niż w przypadku urządzeń na bazie krzemu.

× Wyższy koszt: Koszty płytek i opakowań są wyższe niż w przypadku tradycyjnych LDMOS.

×Wyższy próg projektowy: Urządzenia są wrażliwe na ładunki elektrostatyczne, co wymaga bardziej rygorystycznego układu obwodów i konstrukcji termicznej.

GaN kontra LDMOS

Moc

Urządzenia GaN zazwyczaj zapewniają znacznie wyższą gęstość mocy niż urządzenia LDMOS.

Przepustowość łącza

Wiele nowoczesnych systemów RF wymaga działania w wielu pasmach częstotliwości. Technologia GaN ogólnie obsługuje projekty o szerszej przepustowości, oferując większą elastyczność twórcom systemów.

Wydajność

Wydajność ma bezpośredni wpływ na koszty operacyjne i wymagania dotyczące zarządzania ciepłem. Wzmacniacze GaN często osiągają wyższą wydajność drenażu, zmniejszając zużycie energii i wytwarzanie ciepła.

Rozważania dotyczące kosztów

LDMOS pozostaje konkurencyjną opcją dla projektów wrażliwych na koszty. W zastosowaniach, w których nie jest wymagana ekstremalna wydajność, LDMOS może nadal zapewniać atrakcyjną równowagę pomiędzy kosztami i funkcjonalnością.

kiedy wybrać GaN i LDMOS?

LDMOS

· Budżet jest najważniejszym problemem

· Częstotliwości robocze są stosunkowo niskie

· Preferowane są sprawdzone, starsze projekty

GaN

· Wymagana jest maksymalna wydajność
· Przestrzeń i ciężar muszą być zminimalizowane
· Wymagana jest praca szerokopasmowa
· Wysoka moc wyjściowa ma kluczowe znaczenie

Wniosek

LDMOS nie zostanie wyeliminowany; pozostanie królem opłacalności w zastosowaniach o niskiej i średniej częstotliwości, tanich i o wysokiej liniowości. Z drugiej strony GaN reprezentuje przyszły kierunek modernizacji zminiaturyzowanych i wysokowydajnych urządzeń o wysokiej częstotliwości i stopniowo zastępuje rynek wysokiej klasy RF.

Obydwa nie są przeciwstawnymi zamiennikami, raczej każdy strzeże swojego terytorium, uzupełniając się i współistniejąc ze sobą.