在4G LTE蜂窩基站的后期部署中，大規(guī)模多輸入多輸出(MIMO)無線技術被廣泛應用，尤其是在密集城區(qū)。小小區(qū)有效填補了蜂窩覆蓋的空白，提高了數(shù)據(jù)服務速度。這種架構的成功顯然證實了它的價值。由于這種架構具有所需的頻譜效率和傳輸可靠性，它將成為新興的5G網(wǎng)絡無線電的首選。讓5G成為現(xiàn)實的挑戰(zhàn)是，設計人員必須大幅增加同時在多個頻段運行的收發(fā)器通道數(shù)量，同時將所有必要的硬件壓縮集成到與上一代設備相同的尺寸或更小的空間中。
這樣做意味著：
U信道越多，基站內(nèi)外的射頻功率越高，會加劇無干擾信道之間的隔離問題。
u為了在高功率信號下保持可靠性，接收機前端組件必須提高動態(tài)范圍性能。
u解決方案的規(guī)模非常重要。
隨著電子設備和發(fā)射機功率的增加，有必要解決熱管理問題。
為了尋求更高的數(shù)據(jù)速率來支持各種無線服務和不同的傳輸方案，系統(tǒng)設計者面臨著電路更復雜并且必須滿足相似的尺寸、功率和成本預算的情況。在基站塔中中增加更多的收發(fā)信機信道可以實現(xiàn)更高的吞吐量，但是以更高的射頻功率水平實現(xiàn)每個信道與將系統(tǒng)的復雜性和成本保持在可接受的水平一樣重要。為了實現(xiàn)更高的射頻功率，硬件設計人員在射頻前端設計上沒有太多的選擇，而是依賴于需要高偏置功率和復雜外圍電路的傳統(tǒng)解決方案，這使得設計目標更難實現(xiàn)。
ADI公司最近推出了一種適用于時分雙工(TDD)系統(tǒng)的多芯片模塊，集成了低噪聲放大器(LNA)和高功率開關。ADRF5545A/ADRF5547/ADRF5549系列覆蓋1.8 GHz至5.3 GHz的蜂窩頻帶，并針對M-MIMO天線接口進行了優(yōu)化。這一新系列器件通過硅工藝集成了大功率開關，通過GaAs工藝集成了高性能低噪聲放大器，在不犧牲任何方面的情況下，既具有高射頻功率處理能力，又具有高集成度。——兩全其美。
雙通道架構
用于M-MIMO射頻前端設計的ADRF5545A/ADRF5547/ADRF5549應用框圖如如圖1所示。該裝置的通道中集成了一個大功率開關和兩級LNA。在接收模式的收發(fā)器操作期間，開關將輸入信號路由至LNA輸入。在傳輸模式期間，輸入被路由到50終端電極，以確保與天線接口正確匹配，并將LNA與天線的任何入射功率隔離。集成雙通道架構允許設計人員輕松擴展多輸入多輸出，超越傳統(tǒng)設備8 8(8發(fā)射機 8接收機)配置的限制，達到16 16、32 32、64 64甚至更高。
寬工作帶寬
ADRF5545A/ADRF5547/ADRF5549的增益特性及其頻率覆蓋范圍如圖如圖2所示。每個器件都針對常用的蜂窩頻段進行了優(yōu)化，并與同一設計中使用的其他調(diào)諧元件(如功率放大器和濾波器)保持一致。
大功率保護開關
該器件包含一個由硅工藝設計的大功率開關，不需要任何外部元件來產(chǎn)生偏置。該開關采用5伏單電源供電，功耗僅為10毫安。它可以直接連接到標準數(shù)字微控制器，無需任何負電壓或電平轉(zhuǎn)換器。與基于PIN二極管開關的實現(xiàn)方案相比，硅開關可以為用戶節(jié)省80%左右的偏置功率和90%的電路板空間。
該開關可在連續(xù)工作期間處理10瓦平均射頻信號，峰均比(PAR)為9分貝，并可承受故障條件下兩倍的額定功率。ADRF5545A/ADRF5547/ADRF5549是市場上第一批產(chǎn)品具有10 W功率處理能力的器件，因此特別適合大功率M-MIMO設計。如果每個天線元件可以發(fā)射更多的功率，則可以減少傳輸信道的數(shù)量，并且可以從基站獲得相同的射頻功率。ADRF5545A/ADRF5547/ADRF5549架構如圖3，從中可以看出兩個通道的大功率開關均由同一器件引腳供電和控制。LNA有自己的電源和控制信號設計。
低噪聲系數(shù)
兩級LNA采用GaAs工藝設計，采用5伏單電源供電，無任何外部偏置電感。增益在頻率范圍內(nèi)是平坦的，在高增益模式和低增益模式下可分別編程為32分貝和16分貝。該器件還具有低功耗模式，以節(jié)省偏置功率，其中LNA可以在傳輸操作期間關閉電源。該器件的噪聲系數(shù)為1.45 dB(包括開關的插入損耗)，非常適合大功率和低功率的M-MIMO系統(tǒng)。圖4顯示了ADRF5545A/ADRF5547/ADRF5549在指定頻段的噪聲系數(shù)性能。
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2020-11-20 09:22:08
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