固態(tài)射頻能量市場規(guī)模將要比基站還大！——專訪MACOM高級副總裁Michael Ziehl

固態(tài)射頻能量應(yīng)用正在逐漸興起，可預(yù)見這將成為功率晶體管的又一巨大市場。很多LDMOS晶體管廠商譬如NXP、英飛凌等等都已經(jīng)開始發(fā)力。而MACOM一直以硅基GaN見長， GaN的性能優(yōu)勢也使得其能在固態(tài)射頻能量應(yīng)用上獲得更好的表現(xiàn)。在近期北京EDI CON展會(huì)上，小編與MACOM負(fù)責(zé)射頻功率和基站的高級副總裁Michael Ziehl先生就固態(tài)射頻能量技術(shù)和應(yīng)用前景進(jìn)行了深入的探討。

左：MACOM高級副總裁Michael Ziehl；右：MACOM中國區(qū)銷售總監(jiān)孟愛國

商用前景廣闊，但消費(fèi)市場仍需時(shí)間

據(jù)Michael介紹，固態(tài)射頻能量在不同的市場有著不同發(fā)展情況。首先從工業(yè)市場來看，工業(yè)用的微波爐已經(jīng)被客戶所接受，10kw、20kw...50kw的成熟方案都有，但其實(shí)設(shè)計(jì)門檻也是偏高的。比如如何將單管300W的器件設(shè)計(jì)成一個(gè)3000W的加熱系統(tǒng)?如何提高系統(tǒng)整體加熱效率?不過可以明確看到，工業(yè)市場對于這種固態(tài)射頻能量加熱的方式認(rèn)可度是較高的。而在家用烹飪的市場上面，除了設(shè)計(jì)難度外，還有接受度的挑戰(zhàn)。當(dāng)然接受度也還得排在設(shè)計(jì)難度之后，因?yàn)槟壳捌鋵?shí)市面上也只有米勒和IWT兩家有固態(tài)射頻能量的微波爐面市，而且價(jià)格不菲。固態(tài)射頻能量想要取代傳統(tǒng)磁控管的加熱方式還要一段時(shí)間，這里面有很多很多的技術(shù)細(xì)節(jié)需要進(jìn)行完善。比如，如何判斷待加熱物的位置?因?yàn)樯漕l能量具有方向性。如何判斷放進(jìn)來的是土豆還是牛奶?土豆和牛奶的最佳加熱頻率分別是多少?這種加熱算法的研究仍然需要工程師不少的精力來進(jìn)行開發(fā)，整體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)難點(diǎn)。在MACOM這邊來說，晶體管的參數(shù)已經(jīng)完全可以滿足應(yīng)用需求，但是整個(gè)烹飪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對于消費(fèi)類市場工程師來說，還是有不少的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。還有一個(gè)新興的應(yīng)用是在汽車的點(diǎn)火塞上使用固態(tài)射頻能量，因?yàn)榭梢愿珳?zhǔn)的控制點(diǎn)火時(shí)間和能量，所以可以起到提高燃油經(jīng)濟(jì)性的作用。目前汽車的排放法規(guī)日趨嚴(yán)格，所以汽車廠商對于這種新技術(shù)也是抱著非常積極的心態(tài)。

據(jù)悉，中國白電廠商在這方面非常的積極。海爾在美國專門招募了前GE的部分員工，調(diào)用了不少人來進(jìn)行固態(tài)射頻能量的微波爐開發(fā)?？偠灾徽撌悄膫€(gè)細(xì)分市場，工程師們正在學(xué)習(xí)如何更好地使用這些晶體管來進(jìn)行更優(yōu)化的設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)是整體系統(tǒng)效率的提高，實(shí)現(xiàn)能量的合成。

MACOM的硅基GaN即將在8寸晶圓上生長

GaN功率器件目前分為Si基和SiC基兩種，SiC基的GaN的供應(yīng)鏈可靠性并不如LDMOS高，這是因?yàn)镾iC基的生長良率并不高;此外，據(jù)Michael介紹，SiC基的工藝很難做到6寸晶圓上生長，工藝極其復(fù)雜。目前大范圍在射頻應(yīng)用上的GaN器件都是在4寸晶圓上做出來的SiC基GaN。而MACOM的純硅基GaN目前已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)在6寸晶圓上生長，明年將實(shí)現(xiàn)在8寸晶圓上進(jìn)行生長。這樣GaN器件就有了媲美LDMOS的成本優(yōu)勢，從而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，進(jìn)而可以在成本上與已經(jīng)有成熟產(chǎn)業(yè)鏈的LDMOS進(jìn)行比較。

通過工具包來簡化固態(tài)能量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

前文有所提及，雖然晶體管的單管參數(shù)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)固態(tài)射頻能量的應(yīng)用需求，但是如何對固態(tài)射頻能量進(jìn)行應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效的系統(tǒng)設(shè)計(jì)對于工程師而言仍然是有不小的挑戰(zhàn)。MACOM推出了業(yè)界首個(gè)射頻能量工具包，可以輕松地實(shí)現(xiàn)射頻能量應(yīng)用設(shè)計(jì)，從而縮短產(chǎn)品上市時(shí)間并減少投資。在此TOOL KIT使用了一個(gè)300W的純硅基GaN放大器，效率高達(dá)70%左右。將能量通過PA放大，然后輸送到后路的具有正向反向檢測管理功能的耦合器中，然后通過一個(gè)小型壓縮機(jī)，在前端采用了一個(gè)等離子體噴槍來實(shí)現(xiàn)固態(tài)能量的最終形式呈現(xiàn)。據(jù)悉，使用等離子體噴槍的原因是射頻能量的應(yīng)用非常困難，因?yàn)楣こ處煴仨殢拈_路電路迅速切換到諧振電路，而在MACOM推出的TOOL KIT中，已經(jīng)將這種設(shè)計(jì)做好了，因此工程師可以專注于后端的應(yīng)用開發(fā)場景，免除了對于晶體管電路設(shè)計(jì)的困擾。在軟件界面上可以看到反射功率和正向功率，以及最佳頻率下的噴射狀態(tài)，系統(tǒng)可以在2.4G~2.5G之間來回不停地噴射，從而尋找驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的最佳PA參數(shù)設(shè)置。固態(tài)與磁控管的區(qū)別在于，磁控管中的固定系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的是固定的介電常數(shù)，而固態(tài)射頻能量系統(tǒng)中使用的是自適應(yīng)介電常數(shù)，可以實(shí)時(shí)適應(yīng)不同的受熱載體。

MACOM高級副總裁Mark Murphy在歐洲微波展上展示射頻能量工具包；左邊為完整工具包BOX，右邊為內(nèi)部組成的demo

MACOM與NXP、AMPLEON、INFINEON等一同加入了射頻能量聯(lián)盟，以期能夠?qū)⒐虘B(tài)能量市場快速實(shí)現(xiàn)全面商用。據(jù)Michael介紹，聯(lián)盟成立的目的是為了給參與者實(shí)現(xiàn)更優(yōu)越的市場環(huán)境，滿足參與者的學(xué)習(xí)需求，并且通過長期的路線圖來讓每個(gè)人都獲取到更低的成本。雖然聯(lián)盟內(nèi)成員本人可能存在一定的競爭關(guān)系，但是這個(gè)市場將會(huì)非常龐大，每年7000萬微波爐，8000萬輛汽車...所以每個(gè)參與者都會(huì)有豐足的市場前景。聯(lián)盟正在與所有參與者一同創(chuàng)造一個(gè)十億美金的龐大市場。

Michael介紹到，固態(tài)能量市場正在起飛，GaN器件在固態(tài)射頻能量的市場潛力比在基站端的更大，預(yù)計(jì)可能會(huì)是九千萬美金的規(guī)模。