GaN功率放大器：驱动Sub-6 GHz 5G大规模MIMO超越LDMOS
推动Sub-6 GHz大规模MIMO供电
本系列前文探讨推动5G全国铺开的Massive MIMO技术。虽mmWave承诺高带宽性能，未来几年5G将主要由Sub-6 GHz部署定义，要求RF前端能力飞跃。
工程师须交付基站：更紧密集成RFFE、缩小尺寸、降低功耗、提升输出功率、拓宽带宽、锐化线性度、提高接收灵敏度——同时满足收发器、RFFE、天线间更紧密耦合。仅紧凑、高效、高性价比PA能满足这些要求使Massive MIMO可行。
RF功率放大器演进
自1990年代以来LDMOS主导RF功放演进，尤其2 GHz以下因低成本成默认选择。砷化镓（GaAs）在高频提供竞争替代，但以较低输出功率和较高价格为代价。LDMOS在2G时代锁定市场，但3G和4G效率趋于平稳。尽管采用Doherty拓扑和包络跟踪等进步，运营商在中国2014年4G LTE推出期间转向氮化镓（GaN）。
GaN虽较新，已成高功率、高RF应用首选半导体——正是Sub-6 GHz 5G所需。其卓越输出功率、线性度、效率促使OEM以GaN替代LDMOS。虽LDMOS仍主导当今RF基站，GaN有望在5G Massive MIMO部署中取代它。
GaN性能优势
GaN主要优势是更高功率密度，源于更宽带隙产生更高击穿电压。这使单位面积功率更大，扩大覆盖并允许更小、更低成本RFFE。
GaN功放可在高达250°F温度运行，超越硅极限。其优越热导率简化散热器设计，减小尺寸成本——对拥庞大基建预算移动网络运营商至关重要。
更高效率削减运营支出。Doherty配置下GaN在100 W输出平均效率达60%，大幅降低Massive MIMO阵列能耗。
GaN在宽带性能也出色。LDMOS上限4 GHz，GaN可处理高达100 GHz且功率密度高五倍。更低寄生电容和更高输出阻抗简化宽带匹配，使单宽带PA服务多Sub-6频段，减少单独窄带无线电需求。
尽管如此，LDMOS对特定频段仍具成本效益，GaAs仍有利基优势。但行业向GaN转移凸显其对Sub-6 GHz Massive MIMO战略重要性。
GaN采用在基站和国防、航天等其他领域加速。量增长驱动规模经济，降价同时交付能量、尺寸、多频段效益。线性度也在改进；GaN基站应用仅第二代对比LDMOS第十五代，持续研究承诺更高性能。
随壁垒消退，系统设计师必须掌握利用GaN独特特性最佳实践。
嵌入式设计师须知
嵌入式设计师可利用GaN优势，但须采用材料特定最佳实践。本系列下文将拆解设计指南、消除迷思、绘制GaN射频外未来路线图。
Roger Hall任Qorvo, Inc.高性能解决方案总经理，领导无线基础设施、国防航天、电源管理市场项目管理和应用工程。
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