選擇合適的電源為5G基站組件供電

 

自從20世紀80年代初引入模擬蜂窩網(wǎng)絡(luò)以來，蜂窩通信取得了巨大的進步。如今，隨著市場從4G網(wǎng)絡(luò)解決方案向5G網(wǎng)絡(luò)解決方案的遷移，蜂窩通信行業(yè)正在為實現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)傳輸速度、更低的延遲以及容量、用戶密度和可靠性的巨大飛躍奠定基礎(chǔ)。例如，5G不僅可以提高數(shù)據(jù)速率(100倍)和網(wǎng)絡(luò)容量(10倍)，還可以將延遲大大降低到1毫秒以內(nèi)，同時實現(xiàn)數(shù)十億個互聯(lián)設(shè)備幾乎無處不在的連接，這些設(shè)備是不斷增長的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的一部分。典型的5G波束形成發(fā)射機由數(shù)字MIMO、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、信號處理組件、放大器和天線組成，如如圖1所示。

 

 

現(xiàn)場可編程門陣列電源

 

 

為了充分實現(xiàn)5G的優(yōu)勢，設(shè)計師需要使用更高頻率的無線電。通過集成更多集成微波/毫米波收發(fā)器、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、更高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和適用于更小電池的大功率低噪聲功率放大器(PA)，他們可以充分利用新頻譜來滿足未來的數(shù)據(jù)容量要求。此外，這些5G小區(qū)將包括更多的集成天線，以便可以應(yīng)用大規(guī)模多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)來實現(xiàn)可靠的連接。因此，需要各種最先進的電源為5G基站組件供電。

 

 

現(xiàn)代的FPGA和處理器都是采用先進的納米工藝制造的，因為它們通常在緊湊的封裝中在低電壓(0.9 V)大電流的情況下進行快速計算。此外，新一代FPGA需要更低的內(nèi)核電壓來大大提高計算速度，同時需要更高的I/O接口電壓，還需要額外的DDR內(nèi)存供電軌。3、4、5所以單個FPGA實際上需要多個容差很緊的電壓和不同的額定電流才能達到最優(yōu)運行。更重要的是，為了避免損壞，必須以正確的順序控制這些電壓軌的時序。利用最新的半導(dǎo)體技術(shù)結(jié)合領(lǐng)先的電路拓撲和先進的封裝技術(shù)構(gòu)建電源可以滿足這些嚴格的要求。但是，如果設(shè)計人員未能正確使用適當?shù)碾娫垂芾斫鉀Q方案，將會導(dǎo)致各種風險，從低效率到熱性能以及其他不良的性能相關(guān)問題。

 

 

用于高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的低噪聲電源

 

 

同樣，更快的精密數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，如模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，也需要多個電源軌，如1.3 V、2.5 V和3.3 V，具有極低的噪聲和DC紋波。一般這些高速ADC和DAC都是排列在擁擠的印刷電路板(PCBs)上，可用空間有限。因此，在設(shè)計這些高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的電源系統(tǒng)時，必須首先考慮ADC和DAC的電源靈敏度。

 

 

選擇合適的電源為5G基站組件供電

 

 

通過結(jié)合先進半導(dǎo)體和封裝技術(shù)的優(yōu)勢，ADI公司的Module靜音切換器調(diào)節(jié)器可以輕松解決這一問題，滿足高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的效率、密度和噪聲性能要求。靜音切換器LTM8065就是一個很好的例子，它可以為這些設(shè)備提供低噪聲、更緊湊和更高效的電源解決方案。與傳統(tǒng)的分立解決方案不同，LTM8065可以顯著減少元件數(shù)量和電源板空間，而不會犧牲數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的動態(tài)性能。該器件將開關(guān)控制器、電源開關(guān)、電感和所有支持元件集成在一個符合RoHS標準的BGA封裝中。

 

 

在某些情況下，為了最大化PSRR性能，可以在開關(guān)調(diào)節(jié)器之后的電源路徑中使用線性調(diào)節(jié)器。ADP7118就是這樣一款低壓差(LDO)、低噪聲線性穩(wěn)壓器，能夠處理寬輸入電壓范圍，具有高輸出精度、低噪聲、高PSRR和出色的線路和負載瞬態(tài)響應(yīng)性能。此外，這個產(chǎn)品系列還有更多型號，可以使用ADI公司的LTpowerCAD和LTspice軟件工具正確選擇。

 

 

功率放大器和收發(fā)器的電源管理

 

 

這些新一代無線電集成了集成收發(fā)器和低噪聲、高功率微波/毫米波功率放大器，并具有更寬的帶寬。他們的數(shù)字控制和管理系統(tǒng)需要使用各種特殊的電力技術(shù)。例如，低噪聲、高功率的GaN基PA將需要高達28 V至50 V的電壓，而基于FPGA的控制和高速ADC和DAC將需要多個具有適當時序控制、監(jiān)控和保護功能的較低電壓。7，8最先進的DC/DC轉(zhuǎn)換器可以提供這些5G功率放大器所需的效率(90%)、功率密度、低噪聲性能和控制功能。

 

 

在新一代(5G) 產(chǎn)品性能必須超過上一代(4G)的巨大壓力下，幾乎沒有妥協(xié)的余地。因此，作為一家專注于基站射頻鏈各個方面并全面了解為這些應(yīng)用供電所需的電源管理工具的公司，ADI公司可以為當今的5G  PA和收發(fā)器提供合適的電源解決方案。ADI公司可以提供業(yè)界最廣泛的高性能線性電源產(chǎn)品產(chǎn)品組合，從高效高密度DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊到電源管理集成電路(PMIC)和超低噪聲線性調(diào)節(jié)器(包括電源時序、監(jiān)控和保護功能)，從而為5G信號鏈提供更全面的方法電源。