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多輸入多輸出（MIMO）收發(fā)器架構(gòu)廣泛用于高功率射頻無(wú)線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。作為邁向5G時(shí)代的一步，覆蓋蜂窩頻段的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)正在城市地區(qū)部署，以滿足對(duì)高數(shù)據(jù)吞吐量和新業(yè)務(wù)的新興需求。高度集成的單芯片基帶收發(fā)器解決方案（如ADI公司的新型ADRV9008/ADRV9009系列產(chǎn)品）使這一成就成為可能。為了容納更多的MIMO通道，這些系統(tǒng)的RF前端部分仍然需要類(lèi)似的集成，以降低熱管理功耗和降低成本。

MIMO 架構(gòu) 可以放寬對(duì) 放大器和開(kāi)關(guān) 等構(gòu)建塊的 RF 功率要求。然而，隨著并行收發(fā)器通道數(shù)量的增加，外圍電路的復(fù)雜性和功耗也會(huì)相應(yīng)增加。ADI公司的新型硅技術(shù)高功率開(kāi)關(guān)旨在簡(jiǎn)化RF前端設(shè)計(jì)，無(wú)需外圍電路，并將功耗降低到可以忽略不計(jì)的水平。ADI公司的新型硅片高功率開(kāi)關(guān)為RF設(shè)計(jì)人員和系統(tǒng)架構(gòu)師提供了提高系統(tǒng)復(fù)雜性的靈活性，而不會(huì)使RF前端成為其設(shè)計(jì)的瓶頸。

在時(shí)分雙工（TDD）系統(tǒng)中，天線接口處集成了開(kāi)關(guān)功能，以隔離和保護(hù)接收器輸入免受傳輸信號(hào)功率的影響。該開(kāi)關(guān)功能既可以直接用于相對(duì)低功耗系統(tǒng)的天線接口，如圖1所示，也可以用于接收路徑，如圖2所示，用于更高功率的應(yīng)用，以確保正確端接雙工器。在開(kāi)關(guān)輸出端安裝分流臂將有助于改善隔離。

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圖1.天線開(kāi)關(guān)。

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圖2.LNA 保護(hù)開(kāi)關(guān)。

基于PIN二極管的開(kāi)關(guān)因其低插入損耗特性和高功率處理能力而成為首選解決方案。然而，大規(guī)模MIMO系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在缺點(diǎn)，需要高偏置電壓來(lái)反轉(zhuǎn)偏置以實(shí)現(xiàn)隔離，需要高電流正向偏置以實(shí)現(xiàn)低插入損耗。圖3顯示了基于PIN二極管的開(kāi)關(guān)及其外設(shè)的典型應(yīng)用電路。三個(gè)分立PIN二極管通過(guò)其偏置三通電路進(jìn)行偏置，并通過(guò)高壓接口電路進(jìn)行控制。

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圖3.PIN二極管開(kāi)關(guān)。

ADI公司的新型高功率硅開(kāi)關(guān)更適合大規(guī)模MIMO設(shè)計(jì)。它們采用5 V單電源供電，偏置電流小于1 mA，無(wú)需外部元件或接口電路。圖4顯示了內(nèi)部電路架構(gòu)。基于FET的電路在低偏置電流和低電源電壓下工作，將功耗降低到可以忽略不計(jì)的水平，并有助于系統(tǒng)級(jí)的熱管理。除了易用性外，該器件架構(gòu)還具有更好的隔離效果，因?yàn)镽F信號(hào)路徑上集成了更多的分流臂。

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圖4.ADRV9008/ADRV9009 硅開(kāi)關(guān)。

圖5顯示了單層PCB設(shè)計(jì)中基于PIN二極管的開(kāi)關(guān)和新型硅開(kāi)關(guān)之間印刷電路板（PCB）圖稿的并排比較。硅開(kāi)關(guān)可以安裝到10×更小的PCB面積中。它簡(jiǎn)化了電源要求，不需要高功率電阻器。

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圖5.基于 PIN 二極管的開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)與硅開(kāi)關(guān)的并排比較。

ADI公司的高功率硅開(kāi)關(guān)可以處理高達(dá)80 W的RF峰值功率，這足以滿足大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的峰均功率比要求。表1顯示了ADI公司的高功率硅開(kāi)關(guān)系列，這些開(kāi)關(guān)針對(duì)不同的功率水平和各種封裝選項(xiàng)進(jìn)行了優(yōu)化。這些器件繼承了硅技術(shù)的內(nèi)在優(yōu)勢(shì)，與替代解決方案相比，具有更好的ESD魯棒性和器件間差異。

部件號(hào)	頻率	插入損耗	隔離	PAVRG	P峰	包
ADRF5130	0.7 GHz to 3.5 GHz	0.6 dB, 2.7 GHz 0.7 dB, 3.8 GHz	45 dB, 3.8 GHz	20 W	44 W	4 mm × 4 mm
ADRF5132	0.7 GHz to 5.0 GHz	0.60 dB, 2.7 GHz 0.65 dB, 3.8 GHz 0.90 dB, 5.0 GHz	45 dB, 3.8 GHz 45 dB, 5.0 GHz	3.2 W	20 W, 3.8 GHz 10 W, 5.0 GHz	3 mm × 3 mm
ADRF5160	0.7 GHz to 4.0 GHz	0.8 dB, 2.7 GHz 0.9 dB, 3.8 GHz	48 dB, 3.8 GHz	40 W	88 W	5 mm × 5 mm

大規(guī)模MIMO系統(tǒng)將繼續(xù)發(fā)展，并且需要進(jìn)一步的更高集成度。ADI公司的新型高功率硅開(kāi)關(guān)技術(shù)非常適合與LNA集成的多芯片模塊（MCM）設(shè)計(jì)，為T(mén)DD接收器前端提供完整的單芯片解決方案。ADI還將向更高頻率擴(kuò)展新設(shè)計(jì)，并將為毫米波5G系統(tǒng)提供類(lèi)似的解決方案。電路設(shè)計(jì)人員和系統(tǒng)架構(gòu)師也將受益于ADI新型硅開(kāi)關(guān)在其他應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)，例如相控陣系統(tǒng)，因?yàn)锳DI公司通過(guò)向X波段頻率和更高常用頻段擴(kuò)展其產(chǎn)品組合，將高功率硅開(kāi)關(guān)擴(kuò)展到X波段頻率和更高的常用頻段。

審核編輯：郭婷

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