合適的電源設(shè)計(jì)能讓5G 充分發(fā)揮優(yōu)勢

目前ADI 的 Power by Linear 產(chǎn)品組合包括低噪聲 LDO 穩(wěn)壓器、低 EMI 且高度集成的多軌 DC/DC 轉(zhuǎn)換器μModule 器件、Silent Switcher 技術(shù)以及其他電源管理 IC(包括電源時(shí)序控制器、監(jiān)控器和保護(hù)電路)，所有這些都使 ADI 有能力提供業(yè)內(nèi)最廣泛的電源產(chǎn)品系列。該系列可全面滿足 5G 基站組件的供電所需，包括軟件設(shè)計(jì)和 LTpowerCAD 和 LTspice 等仿真工具。這些工具簡化了為器件選擇正確的電源管理解決方案的任務(wù)，因此可以為 5G 基站組件提供最佳電源解決方案。

自 80 年代初引入模擬蜂窩網(wǎng)絡(luò)以來，蜂窩通信已有了長足發(fā)展。如今，隨著市場由 4G 向 5G 網(wǎng)絡(luò)解決方案遷移，蜂窩通信行業(yè)正在為實(shí)現(xiàn)更快數(shù)據(jù)傳輸速度、更低延遲以及容量、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)，還可將延遲大幅降低到 1ms 以下，并同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)十億互聯(lián)設(shè)備近乎無處不在的連接，這些互聯(lián)設(shè)備是不斷增長的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的一部分。一個(gè)典型的 5G 波束成型發(fā)射器由數(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。

5G 系統(tǒng)波束成型發(fā)射器的高層功能框圖

FPGA 的供電

為了充分實(shí)現(xiàn) 5G 的優(yōu)勢，設(shè)計(jì)人員需要使用更高頻率的無線電，通過整合更多集成型微波 / 毫米波收發(fā)器、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、更高速率的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器以及適合更小蜂窩的高功率低噪聲功率放大器(PA)，才能充分利用新頻譜，以滿足未來的數(shù)據(jù)容量需求。此外，這些 5G 蜂窩還將包含更多的集成天線，才能應(yīng)用大規(guī)模多路輸入、多路輸出(MIMO)技術(shù)以實(shí)現(xiàn)可靠連接。因此，需要各種最先進(jìn)的電源為 5G 基站組件供電。

現(xiàn)代 FPGA 和處理器采用先進(jìn)納米工藝制造，因?yàn)樗鼈兺ǔＲ诰o湊封裝內(nèi)的高電流條件下采用低電壓(<0.9V)執(zhí)行快速計(jì)算。此外，新一代 FPGA 需要更低的內(nèi)核電壓以大幅提高計(jì)算速度，同時(shí)又要求更高的 I/O 接口電壓，并且還需要額外的 DDR 存儲(chǔ)器供電軌。因此，單個(gè) FPGA 實(shí)際上需要具有嚴(yán)緊容差的多個(gè)電壓和不同的額定電流，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)操作。

更重要的是，為了避免損壞，必須以正確的順序?qū)@些電壓軌的時(shí)序進(jìn)行控制。使用最新的半導(dǎo)體技術(shù)結(jié)合領(lǐng)先的電路拓?fù)浜拖冗M(jìn)封裝技術(shù)來構(gòu)建電源，可以滿足這些嚴(yán)格的要求。然而，如果設(shè)計(jì)人員未能正確使用合適的電源管理解決方案，則會(huì)導(dǎo)致各種風(fēng)險(xiǎn)，從低效率到熱性能以及其他不希望出現(xiàn)的性能相關(guān)的問題。

高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的低噪聲供電

同樣，運(yùn)行速度更快的精密數(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(gè)電源軌，例如具有極低噪聲和直流紋波的 1.3V、2.5V 和 3.3V。通常，這些高速 ADC 和 DAC 布設(shè)在擁擠的印刷電路板(PCB)上，可用空間有限。因此，在設(shè)計(jì)這些高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的電源系統(tǒng)時(shí)，ADC 和 DAC 的電源靈敏度必須是首要考慮因素。

通過將先進(jìn)半導(dǎo)體和封裝技術(shù)的優(yōu)勢相結(jié)合，ADI 的μModule®Silent Switcher®穩(wěn)壓器可以輕松地解決此問題，滿足高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的效率、密度和噪聲性能需求。Silent Switcher LTM8065 便是一個(gè)很好的示例，它可以為這些器件提供一個(gè)低噪聲、更緊湊、更高效的供電解決方案。與傳統(tǒng)的分立式解決方案不同，LTM8065 可以顯著減少組件數(shù)量和電源板空間，而不必犧牲數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)性能。該器件在符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)的單個(gè) BGA 封裝中集成了開關(guān)控制器、電源開關(guān)、電感和所有支持組件。

在某些情況下，為了最大程度地提高電源電壓抑制比(PSRR)性能，可以在開關(guān)穩(wěn)壓器之后的電源路徑中使用線性穩(wěn)壓器。ADP7118 便是一款這樣的低壓差(LDO)、低噪聲線性穩(wěn)壓器，可處理寬輸入電壓范圍，具有高輸出精度、低噪聲、高 PSRR 以及出色的線路與負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)性能。而且，該產(chǎn)品系列還有更多型號，可以使用 ADI 的 LTpowerCAD 和 LTspice®等軟件工具進(jìn)行正確選擇。

PA 和收發(fā)器的電源管理

這些新一代無線電整合了集成型收發(fā)器和低噪聲、高功率微波 / 毫米波 PA，并具有更寬帶寬，它們的數(shù)字控制和管理系統(tǒng)需要使用多種專用電源技術(shù)。例如，基于氮化鎵(GaN)的低噪聲、高功率 PA 將需要高達(dá) 28V 至 50V 的電壓，同時(shí)基于 FPGA 的控制和高速 ADC 和 DAC 將需要多個(gè)更低的電壓，并具有適當(dāng)?shù)臅r(shí)序控制、監(jiān)控和保護(hù)功能。最先進(jìn)的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器可提供這些 5G PA 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)品性能必須超越上一代(4G)的巨大壓力下，幾乎沒有任何折衷的余地。因此，ADI 作為專注于基站 RF 鏈的各個(gè)方面并擁有為這些應(yīng)用供電所需電源管理工具的全面知識的一家公司，能夠?yàn)楫?dāng)今的 5G PA 和收發(fā)器提供合適的電源方案。ADI 可提供業(yè)界最廣泛的高性能 Power by Linear?產(chǎn)品組合，從高效率、高密度 DC/DC 轉(zhuǎn)換器模塊到電源管理 IC (PMIC)和超低噪聲線性穩(wěn)壓器(包括電源時(shí)序、監(jiān)控和保護(hù)功能)，從而可以為 5G 信號鏈供電提供更全面的方法。

ADI 的μModule 穩(wěn)壓器和 Silent Switcher 技術(shù)是完整的電源系統(tǒng)化封裝解決方案，能夠提供精準(zhǔn)電壓，并在微型封裝內(nèi)實(shí)現(xiàn)最高效率(>95%)和高功率密度，具有高可靠性和最低 EMI 與噪聲。這些解決方案專為高性能 RF 系統(tǒng)的供電而設(shè)計(jì)，具有最高功率轉(zhuǎn)換效率和密度，而不會(huì)增加噪聲或?qū)δ繕?biāo)無線電信號的干擾，從而確保這些 RF PA 和其他此類 RF 電路的最佳性能。

同樣，為了應(yīng)對電路中需要多個(gè)供電軌時(shí)的電源時(shí)序控制挑戰(zhàn)，ADI 提供了時(shí)序控制器系列，范圍從兩個(gè)電源(ADM6819/ADM6820)到 17 個(gè)通道(ADM1266)。為了確保系統(tǒng)正常、高效和安全地工作，對器件電壓、電流或溫度進(jìn)行監(jiān)控至關(guān)重要。為此，ADI 提供了 LTC2990 等器件。