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(shù)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(gòu)的成功顯然證實了它的價值。由于這種架構(gòu)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)計人員在射頻前端設(shè)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(shè)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(guān)。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(guān)，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(gòu)
用于M-MIMO射頻前端設(shè)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(guān)和兩級LNA。在接收模式的收發(fā)器操作期間，開關(guān)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(gòu)允許設(shè)計人員輕松擴展多輸入多輸出，超越傳統(tǒng)設(shè)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(shè)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(guān)
該器件包含一個由硅工藝設(shè)計的大功率開關(guān)，不需要任何外部元件來產(chǎn)生偏置。該開關(guān)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(guān)的實現(xiàn)方案相比，硅開關(guān)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(guān)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(shè)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(gòu)如圖3，從中可以看出兩個通道的大功率開關(guān)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(shè)計。
低噪聲系數(shù)
兩級LNA采用GaAs工藝設(shè)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(guān)閉電源。該器件的噪聲系數(shù)為1.45 dB(包括開關(guān)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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