magyar elektronika

Hírlevél

Tájékozódjon legfrissebb cikkeinkről, híreinkről!

Valós email cím megadása kötelező

Invalid Input

Invalid Input

Az 5G NR, ipari és szélessávú kommunikációs alkalmazások

ebv lidAz NXP Semiconductors az alkalmazások legszélesebb körét lefedő innovatív megoldások gazdag portfóliójával a technológiai fejlődés egyik fő mozgatórugója, amely folyamatosan a határokat feszegeti. 2020. szeptember 29-én az NXP hivatalosan is elindította a legmodernebb gallium-nitrid (GaN) gyárának a bővítését, egyértelműen irányt szabva a gyorsan növekvő 5G piacnak.

 

Ez nem jelenti azt, hogy az NXP kivonja a forgalomból az LDMOS és SiGe (szilícium-germánium) eszközeit, hanem a vezeték nélküli infrastruktúra-technológiák teljes skáláját kínálja, és a már amúgy is sokszínű RF-portfólióját nagymértékben optimalizált GaN-alapú megoldásokkal gazdagítja – így a már bevált Si-alapú LDMOS- és SiGe-megoldásai mellett mostantól rendkívül optimalizált GaN RF-teljesítményű eszközöket is kínál, megalapozva ezzel az 5G NR (New Radio) infrastruktúra tömeges kiépítését.

 

A világ legfejlettebb GaN-gyára

Annak ellenére, hogy az NXP az egyik legnagyobb LDMOS beszállító a piacon, szakértői úgy vélik, hogy az LDMOS-technológiájuk – bár még mindig kiváló az alkalmazásokban – elérte az érettségét, és eljött az ideje, hogy előlépjenek az új RF GaN-on-SiC megoldásokkal, amelyeket a laboratóriumukban közel 20 éve csendben fejlesztenek. A GaN-technológia eredendő előnyei a hagyományos szilíciummal szemben számosak: a GaN sokkal nagyobb hatásfokot és teljesítménysűrűséget biztosít, nagyobb feszültségen üzemeltethető (csökkentve az impedanciaillesztés bonyolultságát), és rendkívül magas frekvenciákon, széles sávszélességen képes nagy teljesítményt leadni. Végezetül a GaN nagyságrenddel jobb a SiC vegyületben található hővezető képességű szilíciumhoz képest, ami nagymértékben leegyszerűsíti a hűtési erőfeszítéseket. Ennek az ígéretes technológiának azonban számos akadályt kellett leküzdenie, mielőtt tömeggyártásra kerülhetett volna. Az NXP új RF GaN-gyára megkönnyíti e technológia további fejlesztését azáltal, hogy nagyobb ellenőrzést biztosít a gyártási kapacitás és a költségek felett, valamint szorosabb integrációt a folyamat és az eszköztervezők között. Az NXP szakértői úgy vélik, hogy új gyáruk megteremti az alapot a nagy hatékonyságú GaN félvezetők gyártásához, amelyek akár a mm-es hullámtartományban is felhasználhatók, és a meglévő megoldásoknál lényegesen nagyobb hatékonyságot és teljesítménysűrűséget kínálnak. Az NXP új, az arizonai Chandlerben található RF GaN-gyára 6 inches (150 mm-es) szeletekkel, a világ legfejlettebb ilyen jellegű gyára. (1. ábra)

 

ebv 1

1. ábra Az arizonai Chandlerben (USA) található RF GaN-gyár ünnepélyes megnyitása

 

A GaN-technológiával valósággá válik az 5G

Napjaink egyik legforróbb technológiai témája minden bizonnyal az 5G kommunikáció. Egyre több olyan megoldásszolgáltatót látunk a piacon, amelyek az új 5G NR-technológia bevezetését kínálják, amely számos előnyt ígér a meglévő cellás hálózati technológiákhoz képest – villámgyors adatátviteli sebesség, jobb lefedettség, nagyobb hálózati kapacitás, alacsonyabb késleltetés és még sok más. Hogyan lehet azonban legyőzni a már meglehetősen fejlett 4G LTE-technológiát és a nagyfrekvenciás hullámok térben történő fizikai terjedésének problémáit? Az 5G NR-technológiában a mobileszközök és a cellák közötti interfész a masszív, többszörös bemenetű, többszörös kimenetű (mMIMO), fázisvezérelt antennarács-architektúrák használatára támaszkodik a végpontok közötti adatátviteli sebesség méretarányos maximalizálása érdekében. A fázisos elrendezés akár 64 egymástól függetlenül táplált antennaelemet is magában foglal, amelyeket az RF-jel alakítására használnak a sugáralakításnak nevezett folyamat során. Itt azonban felmerül egy nyilvánvaló kérdés: hogyan lehet egyetlen toronyban ennyi RF teljesítményerősítőt támogatni és elegendő áramot biztosítani anélkül, hogy a mobilszolgáltatóknak jelentős pénzügyi veszteséget okozna? Itt jön a képbe a GaN-technológia. Az 5G számára jelenleg a 2,5 és 3,7 GHz közötti tartomány a legkedvezőbb, ami akár 900 Mbps adatátviteli sebességet is lehetővé tesz, és az egyes mobiltornyok akár több kilométeres körzetben is nyújthatnak szolgáltatást. A cikk megírásának időpontjában (2021) ez a szolgáltatási szint a legelterjedtebb számos nagyvárosi területen. A hagyományos LDMOS-eszközök azonban nem tudnak ilyen magas frekvenciákon elég hatékonyan működni. Ezzel szemben az NXP RF GaN-eszközei sokkal jobb teljesítményt és nagyobb teljesítménysűrűséget kínálnak. A kiváló hővezető képességgel kombinálva az NXP RF GaN-eszközei nagy megbízhatóságot garantálnak, lehetővé téve a kompakt hűtőbordás kialakítást, ami a masszív 64T64R MIMO rádiók kulcsfontosságú tényezője, biztosítva a mögöttes infrastruktúra által megkövetelt legmagasabb szintű integrációt.

 

ebv 2

2. ábra Taktikai szélessávú kommunikáció a terepen

 

RF GaN-teljesítménytranzisztorok más alkalmazásokban

Általánosságban elmondható, hogy minden nagy teljesítményű, nagy frekvencián működő szélessávú alkalmazás számára előnyös lehet az RF GaN-eszközök használata, mivel a GaN a legjobb (és bizonyos esetekben az egyetlen) technológia, amely az ilyen alkalmazások összes követelményének megfelel. Egy ilyen példa az NXP Airfast A3G26D055NT4 kettős RF teljesítményű GaN-tranzisztora, amely 100 és 2690 MHz közötti széles frekvenciatartományban képes működni. Ezt a kettős RF GaN-tranzisztort olyan bázisállomás-alkalmazásokhoz tervezték, amelyek nagyon széles pillanatnyi sávszélesség-képességet igényelnek, de az NXP legújabb Airfast RF GaN-sorozatú eszközeire jellemző eredendő robusztusságnak és nagy teljesítménynek köszönhetően taktikai szélessávú kommunikációs alkalmazásokban is használhatók.
A nagyfrekvenciás elektromágneses hullámokat (mikrohullámok) szintén széles körben használják számos iparágban a gyors hőátadásra. A 2,45 GHz-es ISM (ipari, tudományos, orvosi) frekvencia a leggyakrabban használt frekvencia, de az ISM-sávban néhány más frekvencia is használható. A mikrohullámú fűtés számos előnnyel jár, lehetővé téve a szelektív fűtést, a fűtési energia pontos szabályozását, a berendezés kompaktságát és az égéstermékek hiányát. A mikrohullámokat leginkább az élelmiszeriparban használják szárításra, pasztőrözésre, főzésre, fehérítésre és hasonló célokra, de az orvostudományban is alkalmazzák a rákos szövetek mikrohullámú ablációjára (2,45 GHz és 5,8 GHz frekvenciák). Egészen a közelmúltig az ilyen alkalmazásokra a magnetron nevű terjedelmes elektromechanikus szerkezet volt az egyetlen megoldás. A GaN-technológia megjelenésével azonban szilárdtest ipari magnetronok kezdtek megjelenni a piacon, amelyek az előnyök teljes spektrumát kínálják, mint például a digitális vezérlés, a sokkal alacsonyabb felharmonikus-tartalom, a jel modulálásának lehetősége (folyamatos hullám – CW vagy impulzus), sokkal alacsonyabb üzemi feszültség (kV vs. 50 V DC), jobb robusztusság, hosszabb élettartam, és természetesen sokkal nagyobb hatékonyság. Az NXP olyan RF GaN HEMT (high-electron-mobility transistor – nagy elektronmobilitású tranzisztor) megoldásokat kínál, amelyek kiválthatják a hagyományos ipari magnetronokat, mint például az MRF24G300H(S), egy kettős 300 W-os RF teljesítményű GaN-tranzisztor, amely a 2400 és 2500 MHz közötti tartományban működik, és 15,2 dB-es teljesítménynyereséget biztosít (tip. 2450 MHz-en). Ez az eszköz rendkívül nagy robusztussággal is rendelkezik, és minden fázisszögnél 20:1-nél nagyobb feszültség-állandóhullám-aránynak is ellenáll, romlás nélkül.

 

ebv 3

3. ábra 300 W-os szilárdtest ISM-sávú teljesítményerősitő egyetlen MRF24G300HS RF GaN-on-SiC eszközzel (referenciaterv)


A tervezés egyszerűsítése és a szélesebb körű piaci bevezetés felgyorsítása érdekében az NXP átfogó támogatást nyújt az RF GaN-eszközökhöz adatlapok, webináriumok, alkalmazási jegyzetek és fejlesztőkészletek széles választéka formájában, amelyek egyszerűsítik a tervezést, és gyorsabb piacra jutást tesznek lehetővé. A referenciatervek, a frekvenciák és a teljesítményértékek széles skáláját fedik le, hogy támogassák a különböző RF-alkalmazásokat. Ha további támogatásra van szüksége, forduljon bizalommal az EBV RF-szakértőihez vagy a legközelebbi EBV Elektronik értékesítési képviselőhöz.

 

Összefoglalva

A Si-alapú LDMOS-eszközök továbbra is jelentős szerepet játszanak néhány olyan hiánypótló alkalmazásban, amelyek nagyon nagy RF-teljesítményt igényelnek keskeny, akár 4 GHz-es sávszélességen. Emellett versenyképes áraik hosszú távon biztosítják a piacon való létezésüket. A GaN-technológia fejlődésével azonban egyre több GaN-eszközzel fogunk találkozni az RF-alkalmazások legszélesebb körében. És miközben a szilíciumalapú technológia utolsó előnyeit is learatjuk, a legfejlettebb GaN-gyártók, mint például az NXP arizonai üzeme, lehetővé teszik számunkra, hogy új fejezetet nyissunk a félvezetők történetében, és teljes mértékben felfedezzük az összes rejtett lehetőséget, amit ez az innovatív technológia kínál, jobbá téve a világot.

 

ebv 4

4. ábra Példa egy hagyományos mikrohullámú sütőben lévő terjedelmes elektromechanikus magnetronra

 

Az EBV Elektronik mint vezető félvezető-forgalmazó Európában széles gyártói portfóliójából a legújabb alkatrészek és félvezető-megoldások teljes és folyamatos ellátását garantálja. Vegye fel a kapcsolatot az EBV technológiai és piaci szakértőivel, hogy megbizonyosodhasson arról, hogy az alkalmazásaihoz a legoptimálisabb megoldást választja!

Több mint disztribúció – EBV Elektronik!

 

 

Gnyálin István
EBV Elektronik Kft.
1117 Budapest, Budafoki út 91–93.
Tel.: +36 30 470 34 96
E-mail: istvan.gnyalin@ebv.com
www.ebv.com