מאת: Yan Vainter , Freescale
המגברים בתחנות בסיס הופעלו בעשרים השנים האחרונות, באופן בלעדי כמעט, על ידי טרנזיסטורי הספק LDMOS לת”ר (RF) ל-28 וולט. ואולם, המעבר למתחים גבוהים יותר מציע אפשרות לקבלת צפיפות הספק גדולה יותר ולהגבר רב יותר, באותה עיקבה כמו זו שבהתקנים הפועלים ב-28 וולט, עלות ומורכבות מוקטנות של המעגל החשמלי, בצד יתרונות נוספים. הרכיב AFT09VP350N של Freescale הוא הראשון מבין התקני LDMOS שפועלים ב-48 וולט, אשר תוכנן לנצל את היתרונות האלו, והוא מספק הספק מוצא ת”ר של 100 ואט בממוצע, ו-500 ואט בשיא על פני רוחב פס, בטווח שבין 925 מגהרץ ל-960 מגהרץ, ברשתות GSM. זה ההתקן הראשון בנתיב כפול שפועל ב-48 וולט, הנתון במארז פלסטי עם יציקת על שמותאם באופן בלעדי לצרכים של יישומים בתחנות בסיס אלחוטיות, והוא מוכיח במדדי המפתח שלו, ביצועים טובים יותר מאלו המתקבלים בהתקנים מקבילים לו, שפועלים ב-28 וולט. הרכיב AFT09VP350N (ראה איור 1) הוא הראשון שעליו הוכרז בשנה שעברה, ממשפחת Airfast של Freescale הכוללת התקני LDMOS למתח גבוה מאוד. התגובה המדהימה שהתקבלה מהצרכנים הנלהבים לקצבי הנתונים הגבוהים שהתקבלו משירותים אלחוטיים מהדור השלישי והרביעי (3G ו-4G) כגון HSPA+ ו-LTE הפכה לחרב פיפיות מבחינת ספקי התקשורת האלחוטית. נתונים אלו האיצו, ללא כל ספק, את המכירות של הטלפונים החכמים (ואת תוכניות הנתונים הנלוות שלהם), אך ליישומים כמו למשל זרימת וידיאו היה צורך ברוחב פס אותות רחב יותר, במגברים שמספקים הספק מוצא בת”ר גבוה יותר, והיה צורך בטרנזיסטורי הספק ובמגברים לת”ר בעלי ליניאריות גבוהה יותר. הביצועים של התקני LDMOS ב-28 וולט התעצמו באופן ניכר מאז שהפכו להיות הבחירה עבור מגברי תחנות בסיס. הנצילות שלהם, האמינות שלהם, יכולת הייצור, תפוקת ההספק שלהם בת”ר והעיוותים שלהם, ועוד פרמטרים רבים אחרים שלהם, מרשימים יותר באופן סוחף, כיום, וכפי שנראה, זו מגמה שנראה שתימשך גם בעתיד. עם זאת, היתרונות של פעולה ב-48 וולט הופכים את הרכיב AFT09VP350N לחלופה מושכת ביותר, וסביר להניח שהם יציינו מגמה עתידית של מתכנני המגברים, שתוביל לפעולה ברמת מתח אספקה כזו.
הגורם המבדיל, אולי החשוב ביותר, הוא העובדה שהרכיב AFT09VP350N כמו עוד חברים במשפחת Airfast, שעל פי המצופה יוכרזו בהמשך השנה, תוכנן באופן הנדסי כדי לטפל
איור 1 הרכיב AFT09VP350N
בקלות ברוחב פס אותות של 35 מגהרץ ב-900 מגהרץ וברוחב פס של 70 מגהרץ ב-1800 מגהרץ.
בנוסף, התקנים שפועלים בתפיסה כפולה כמעט מזו של 28 וולט הנהוגה כיום, יכולים להכפיל כמעט את הספק המוצא בת”ר שאליו אפשר להגיע במארז, בתקן תעשייתי, עם אותה עיקבת מעגל ובאותם ממדים כמו אלו של התקנים LDMOS ב-28 וולט המשמשים כיום. התוצאה תהיה הקטנה צפויה במספר טרנזיסטורי הספק ת”ר שנדרשים כדי להפיק הספק מוצא ת”ר מסוים, כפי שניתן לראות באיור 2. היא גם מתורגמת להגבר גבוה יותר, שאפשר לקבל על ידי ההתקן, במקרה של הרכיב AFT09VP350N ברוחב 900 מגהרץ, מ-16.5dB ל-19dB. אם כך, אפשר להשתמש במגבר יעיל יותר מבחינת עלותו, עם מגבר דוחף בעל הספק נמוך יותר. אם לוקחים את כל אלו בחשבון, כל היתרונות האלו יוצרים התקנים במתח גבוה מאוד רצויים במיוחד, ובהיותם נתונים במארז פלסטי עם יציקת על, שהוא יקר פחות ממארז רגיל עם חללי אוויר, הם מתאימים במיוחד לנושאים תלויי העלות של התעשייה האלחוטית, הם יכולים להיות מורכבים בהתקנה משטחית והם בעלי תאימות לתהליכי ייצור בהיקפים גדולים.
חברת Freescale מייצרת כבר מזה כמה שנים טרנזיסטורי LDMOS לת”ר במתח גבוה, כשהיא מתמקדת באופן עקרוני בשוק של יישומי שידורי טלוויזיה, תעופה, מכ”ם ויישומים מהתחום התעשייתי, המדעי והרפואי. ואולם, הדרישות ממגברים של תחנת בסיס אלחוטית שונות באופן משמעותי מאלו הנדרשות ביישומים אלו, והן פשוט מאפיינות מחדש התקן קיים עבור שירות אלחוטי, שביצועיו נמוכים יותר מאלו שניתן היה להשיג, אם ההתקן היה עובר אופטימיזציה “מהתחלה”, כפי שעבר הרכיב AFT09VP350N.
הרכיב AFT09VP350N הוא התקן בנתיב כפול הכולל את המגבר הנושא ואת מגבר השיא שנדרשים למימוש מגבר Doherty סימטרי. יש לו תאימות למעגלים ספרתיים לתיקון עיוות מוקדם (PreDistortion) (DPD) שהפכו להיות חיוניים לשימוש עם מגברים שנמצאים במגברים אלחוטיים, שחייבים לעבד אותות אפנון מורכבים מרובי אופנים (LTE+GSM) עם יחסי שיא לממוצע (PAR) גבוהים.
איור 2 רכיב Doherty ב-60 ואט ברוחב פס MC-GSM בטווח שבין 925 מגהרץ ל-960 מגהרץ
המבנים התואמים את היציאה הפנימית, אשר נדרשים לפעולה בהספק גבוה ובפס רחב של רכיבי LDMOS ב-28 וולט, אינם נדרשים עבור התקני 48 וולט, בשל ההתנגדות המקבילית הגבוהה ובגלל קיבול Cds הנמוך יותר שלהם לכל ואט. עובדה זו מונעת את הנפיצה (דיספרסיה) של התדירות הקשורה למבני התיאום, וכך ניתן להתאים את רוחב פס האותות הגבוה יותר ברמות הספק גבוהות יותר. הרכיב AFT09VP350N פועל באמצעות התקן פסיבי משולב (IPD) בכניסה שמאפשרת מאפייני ת”ר, כגון סטיית הגבר וסטיית פאזה למצבם האופטימלי, על פני רוחב פס הרצוי לפעולה, תוך כדי שיפור יציבות.
חברת Freescale בחרה לאחסן את הרכיב AFT09VP350N בגרסה הפלסטית עם יציקת על של מארז OMNI הקנייני שלה, בגרסת NI-780, שהפכה להיות לתקן של ההתקנים המשמשים במגברי תחנות בסיס. לרכיב במארז יש התנגדות תרמית נמוכה, פרופיל זהה וממדים זהים לאלו של NI-780, והוא יכול להיות מורכב בהתקנה משטחית, עובדה שהופכת אותו למתאים היטב לתהליך ייצור אוטומטי.
הרכיב AFT09VP350N, שאנו מצפים שיהיה זמין בדוגמאות בקנה מידה רחב עד לאמצע השנה, עבר בדיקות משמעותיות והצליח להפיק תוצאות מרשימות. למשל, חברת Freescale בדקה את הרכיב AFT09VP350N עם אות W-CDMA בגל נושא יחיד, עם יחס PAR של 10.3dB, ופונקצית CCDF של 0.01%, וכן, באות של ארבעה גלים נושאים במפתוח GMSK ב-35 מגהרץ, על מנת להדגים את הליניאריות שלו. תפוקת הספק P3dB בת”ר, בקונפיגורצית Doherty סימטרית הייתה 500 ואט (+57dBm) עם יחס גל נושא בערוץ סמוך (ACPR) של 30dBc על פני פס 920 מגהרץ עד 960 מגהרץ – ערך שנמצא היטב בתחום שאליו יכולים להיות מותאמים מעגלי DPD הקיימים. בנוסף, בתפוקת הספק בת”ר של 100 ואט (50dBm) על פני רוחב הפס כולו, הגבר Doherty היה 20dB בערך. כתוצאה מכך, אפשר בקלות להביא למצב ליניארי של -60dBc בערך, הן את ההתקן וגם את מעגל Doherty שלו, באמצעות מעגל DPD, כאשר דוחפים אותו באות של ארבעה גלים נושאים במפתוח GMSK.
כפי שהוזכר קודם לכן, AFT09VP350N הוא הרכיב הראשון במשפחת Airfast של טרנזיסטורי LDMOS להספק בת”ר, שעליהם עומדים להכריז בשנת 2012. משפחת Airfast של Freescale הכוללת טרנזיסטורי LDMOS להספק בת”ר, היא הדור הבא של התקנים למתח גבוה מאוד (VHV). התקנים אלו, אשר מתוכננים להגדיל את צפיפות ההספק, רוחב פס האות, הליניאריות, הנצילות וההגבר, במקביל להקטנת עלויות, בהשוואה להתקנים מהדורות הקודמים, צפויים לתמוך ברוחבי פס של אותות גדולים יותר מ-150 מגהרץ, ובסופו של דבר יהיו זמינים לרוחבי פס אלחוטיים מקובלים. מטרת התכנון של מוצרים במשפחת Airfast היא להגדיל את PAE ב-5% לפחות לעומת מוצרי LDMOS מהדורות הקודמים, בצד צפיפות הספק גבוהה יותר ב-25%. כל אלו יהיו נתונים במארז OMNI, שהוא בעל התנגדות תרמית נמוכה ב-20% מהתקני LDMOS מהדור הראשון.
חברת Freescale מוסיפה מעגל משולב MMIC וטרנזיסטור FET חדשים
בנוסף לרכיב AFT09VP350N פורץ הדרך שפועל ב-48 וולט של משפחת Airfast החדשה, הכריזה חברת Freescale לאחרונה על מעגל משולב MMIC חדש בטכנולוגיית גליום – ארסן pHEMT ליישומים של 1500 מגהרץ ו-2700 מגהרץ, ועל טרנזיסטור FET בטכנולוגיית LDMOS ל- 30 ואט לפעולה שבין 2.3 ג’יגהרץ ל- 2.4 ג’יגהרץ.
המגבר MMG20271H9T לרעש נמוך, הוא מעגל משולב MMIC בעל דרגה יחידה הנתון במארז פלסטי SOT-89 ועם ספרת רעש של 1.7 dB ב-2140 מגהרץ, עם הספק מוצא P1 dB בת”ר של 27.5dBm והגבר לאות קטן של 16dB. יש לו נקודת מפגש מסדר שלישי (third order intercept point) של 43.1dBm והוא פועל ממקור מתח יחיד של 5 וולט וצורך 215 מילי–אמפר בלבד, ומתאים במיוחד לשימוש כמגבר דוחף בשרשרת השידור או כמגבר LNA בדרגה שנייה בשרשרת הקליטה. יישומי מערכת אופייניים כוללים תחנות בסיס ל-TD-SCDMA ול-W-CDMA, למערכות Wi-Fi ולכל מערכת אחרת שפועלת בטווח התדרים שבין 1500 מגהרץ ל-2700 מגהרץ.
MRF8P23160WHR3 הוא טרנזיסטור FET ל-28 וולט בטכנולוגיית LDMOS המתוכנן למגברים בתחנות בסיס PCS, יש לו הגבר של 14dB והוא יכול לעמוד ביחס גלים עומדים (VSWR) של 10:1 במתח אספקה של 30 וולט, תוך כדי שהוא מקבל דחיפה בהספק גבוה פי שניים מהספק הכניסה המוגדר שלו. רוחב הפס לאות של 100 מגהרץ, הופך אותו למתאים במיוחד ליישומי פס רחב, הוא בעל תיאום פנימי ומספק הגנת ESD משולבת, וכן גם טווח מתחים רחב של gate ל-source לקבלת ביצועים משופרים בפעולה ב-Class C. ההתקן מתאים היטב לשימוש עם מעגלי DPD ונתון במארז בתקן תעשייתי, NI-780-4 עם חללי אוויר של Freescale.
