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面向GaN功率放大器的电源解决方案

RF前端的高功率末级功放已被GaN功率放大器取代。栅极负压偏置使其在设计上有别于其它技术,有时设计具有一定挑战性;

但它的性能在许多应用中是独特的。阅读本文,了解Qorvo的电源管理解决方案如何消除GaN的栅极偏置差异。

如今,电子工程师明白GaN技术需要栅极负电压工作。这曾经被视为负面的——此处“负面”和“负极”

并非双关语——但今天,有一些技术使这种栅极负压操作变得微不足道。今天,我们拥有电源管理集成电路(PMIC)器件,

可以轻松可靠地为这些GaN PA通电和断电,以及PMIC所带来更多其他优势。我们将在下面详细介绍。

在这篇博客文章中,我们将解读PMIC如何用于设计和控制雷达、无线基础设施、卫星通信和其他应用中的RF GaN PA技术。

我们还将探讨PMIC如何帮助优化射频前端(RFFE)设计以获得最佳性能。

深入探讨RFFE功率管理的系统挑战

在往期博文中,我们探讨了在RFFE中使用GaN 功率放大技术进行设计时遇到的障碍。以下是对相关内容的回顾:

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从电力供应的角度来看,还有其他障碍——比如:

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事实上,采用PMIC可完全消除上述障碍。

深入了解电源轨

在许多RF放大器系统中,RFFE的电源轨很可能为开关电源。这些开关电源具有高电压摆动和高斜率,这会增加噪声的可能性。

此外还会产生少量的电源调制噪声,如测量的电源调制比(PSMR)。

该PSMR是对调制到RF发射载波上的缺陷(纹波和噪声)的测量。可以使用非隔离的RF负载点调节器(PMIC中的RF PoL)

来减少或消除这种噪声。

实施RF PoL/PMIC可为RFFE应用带来最佳运行所需的高精度电压轨、快速动态响应负载,和低噪声。

对于RF功率放大器应用而言,纯净的发射器信号并避免电源干扰非常重要,以免在载波频率周围产生尖峰(其他线路辐射)。

这正是RF PoL的优势所在;它能产生高输出电压,有助于优化功率放大器的效率,控制功率放大器件的额定值,

并构建一个可调的控制回路,从而提供一个低噪声电源。如下图所示,借助SiC FETs、 

ACT43950和ACT43850这三种电源链器件,

可以获得全功能的低噪声电源链。

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简化的电源、PMIC和RFFE(点击查看大图)

上述PMIC框图分解如下:

GaN PA PMIC控制器

ACT43750——是一款高度集成的漏极开关和栅极负压调节器,可实现超快速RF GaN功率放大器漏极开关。此外,

它可以自动瞬时保持恒定的RF GaN功率放大器栅极电压偏置时序,并提供动态偏置校准——即针对温度波动、

电流坍塌和器件老化进行调整。

启动自动偏压控制时序

自动生成栅极负偏置电压

上电时自动校准偏置点

提供开/关漏极开关

当GaN功率放大器因温度漂移和老化而产生漂移时,重新校准偏置点

电源——恒流稳压器和降压RF PoL

ACT43950——一款高压恒流电容器充电控制器,与Qorvo的SiC FET配合使用,可提供全量程可编程的输出电压轨和电流

ACT43850——RF PoL降压型DC-DC电源转换器;其使用ACT43950的输出并将其降至为GaN功率放大器优化的良好稳定电压。

凭借其先进的配置选项,RFFE系统可以最大限度降低噪声及电磁干扰(EMI),从而获得最高性能。

在上文中,ACT43750调节栅极和漏极——漏极电压范围为10至55V。需要注意的是,如果您的系统设计已经实施了电压轨,

ACT43750也可独立使用。在这种情况下,需要添加ACT43750和开关(GaN或Si)。

系统中的ACT43750单独为RF系统的GaN器件提供10至55V直流恒定轨(适合此电压范围的GaN功率放大器有:QPD0005M、

QPA0017和QPA2612,其它产品请访问qorvo.com/products/amplifiers/power-amplifiers)。

但是,如不添加ACT43950和ACT43850,您的设计将需要更大的功率元件与导线,如上所述。

ACT41000可用于低电压解决方案;其漏极电压范围为3至24V。往期博文《使用电源管理模块为GaN功率放大器上电

(和断电)》对这一器件进行了概述;此篇博文和相关视频教程

(qorvo.com/design-hub/videos/using-advanced-power-management-to-optimize-gan-pa-performance)

介绍了如何在系统中设置和使用该器件。

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该器件与上述PMIC、SiC FET和GaN功率放大器器件一样,适用于雷达、无线基础设施等领域。

结语

当今的RF系统越来越小,要求更宽的RF带宽、更高的功率、更高的工作温度,且必须比以前的解决方案更加可靠。

这通常意味着系统复杂性的增加;但在RF GaN应用中采用 Qorvo的PMIC,能够让复杂的功率树更易于管理。

PMIC使控制、操作和性能更为精确、可靠和优化。技术的进步让我们再次“惊叹不已”。现在,采用PMIC,

设计工程师可以更好、更轻松地进行设计,同时打造技术高度先进的RFFE系统。