大規(guī)模多輸入多輸出（M-MIMO）無線電在4G LTE蜂窩基站的后期部署中普及，特別是在密集的城市地區(qū)，小型蜂窩有效地填補了蜂窩覆蓋空白，同時提高了數(shù)據(jù)速度服務。這種架構的成功清楚地證明了它的價值。它有望成為新興5G網(wǎng)絡無線電的首選架構，因為所需的頻譜效率和傳輸可靠性特性是該架構固有的。使5G成為現(xiàn)實的挑戰(zhàn)在于，設計人員必須大幅增加在多個頻段中運行的同步收發(fā)器通道的數(shù)量，同時將所有必要的硬件壓縮到與上一代設備一樣大或更小的外形尺寸中。

這樣做的含義是：

更多的信道意味著基站內(nèi)和周圍的射頻功率更集中，因此信道之間沒有相互干擾的隔離問題加劇了。

接收器前端組件必須具有改進的動態(tài)范圍性能，以便在存在高功率信號時保持魯棒性。

解決方案大小很重要。

熱管理必須通過增加電子設備和發(fā)射器的功率來解決。

在尋求更高的數(shù)據(jù)速率以支持各種無線服務和不同的傳輸方案的過程中，系統(tǒng)設計人員面臨著更高的電路復雜性，但必須滿足類似的尺寸、功耗和成本預算。在基站塔中添加更多收發(fā)器通道可產(chǎn)生更高的吞吐量，但以更高的RF功率水平利用每個通道對于將系統(tǒng)復雜性和成本保持在可接受的水平同樣重要。對于更高的RF功率，硬件設計人員在RF前端設計中沒有太多選擇，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，這使得實現(xiàn)設計目標更加困難。

ADI公司推出的一款集成式高功率開關，內(nèi)置低噪聲放大器（LNA），采用多芯片模塊，用于時分雙工（TDD）系統(tǒng)。ADRF5545A/ADRF5547/ADRF5549系列涵蓋1.8 GHz至5.3 GHz的蜂窩頻段，專為M-MIMO天線接口而設計。該新系列器件在硅工藝中集成了高功率開關，在砷化鎵工藝中集成了高性能低噪聲放大器，可提供高射頻功率處理能力以及高集成度，沒有任何妥協(xié)，這意味著它是兩全其美的。

雙通道架構

用于M-MIMO RF前端設計的ADRF5545A/ADRF5547/ADRF5549應用框圖如圖1所示。該器件具有包含高功率開關的通道，后跟兩級LNA。在收發(fā)器的接收模式操作期間，開關將輸入信號路由到LNA輸入。在發(fā)射模式下，輸入被路由到50 Ω端接，以確保與天線接口正確匹配，并將LNA與天線的任何反射功率隔離開來。集成的雙通道架構使設計人員能夠輕松擴展其MIMO，以超過傳統(tǒng)設備的8×8（8個發(fā)射器×8個接收器）配置的限制，達到16×16、32×32、64×64甚至更高。

圖1.M-MIMO 射頻前端框圖

寬工作帶寬

每個器件的ADRF5545A/ADRF5547/ADRF5549增益特性及其各自的頻率覆蓋范圍如圖2所示。器件針對常用蜂窩頻段進行了優(yōu)化，并與同一設計中使用的其他調(diào)諧元件（如功率放大器和濾波器）對齊。

圖2.ADRF5545A/ADRF5547/ADRF5549增益特性

大功率保護開關

該器件集成了采用硅工藝設計的高功率開關，無需任何外部元件即可產(chǎn)生偏置。該開關采用5 V單電源供電，電流消耗僅為10 mA，可直接與標準數(shù)字微控制器接口，無需任何負電壓或電平轉換器。與使用基于PIN二極管的開關相比，硅開關可為用戶節(jié)省約80%的偏置功耗和90%的電路板面積。

該開關在連續(xù)運行時可處理 10 W 平均 RF 信號和 9 dB 峰均比 （PAR），并且在故障條件下可承受兩倍額定功率。ADRF5545A/ADRF5547/ADRF5549是市場上首款具有10 W功率處理能力的產(chǎn)品，非常適合高功率M-MIMO設計。如果可以從每個天線元件傳輸更多功率，則可以減少發(fā)射通道的數(shù)量，以便從基站獲得相同的RF功率。ADRF5545A/ADRF5547/ADRF5549架構如圖3所示，兩個通道的高功率開關由同一器件引腳供電和控制。LNA的電源和控制信號是分開的。

圖3.ADRF5545A/ADRF5547/ADRF5549電路架構

低噪聲系數(shù)

兩級LNA采用GaAs工藝設計，由5 V單電源供電，不需要任何外部偏置三通電感。增益在整個頻率范圍內(nèi)具有平坦特性，在高增益和低增益模式下分別可編程為32 dB和16 dB。該器件還具有低功耗模式以節(jié)省偏置功耗，LNA可在發(fā)射操作期間斷電。該器件的噪聲系數(shù)為 1.45 dB，包括開關的插入損耗，非常適合高功率和低功耗 M-MIMO 系統(tǒng)。圖4顯示了ADRF5545A/ADRF5547/ADRF5549在指定頻段內(nèi)的噪聲系數(shù)性能。

圖4.ADRF5545A/ADRF5547/ADRF5549噪聲系數(shù)

緊湊的尺寸，最少的外部元件集

除了電源引腳上的初級去耦電容和RF信號引腳上的隔直電容外，該器件不需要任何調(diào)諧或匹配元件。RF輸入和輸出匹配50 Ω。LNA在設計中集成了匹配電感和偏置電感。這減少了電感器等昂貴元件的物料清單，但也簡化了相鄰收發(fā)器之間通道間串擾的硬件設計。該器件采用 6 mm ×6 mm 表面貼裝封裝，帶有散熱增強型底部焊盤。該器件的額定工作溫度范圍為 –40°C 至 +105°C。 所有三個部件都組裝在相同的封裝中，并具有相同的引腳排列。它們可以在同一電路板上互換使用.該器件如圖5所示安裝在其評估板上。ADI公司可直接或通過其分銷商提供評估板。

圖5.ADRF5545A/ADRF5547/ADRF5549評估板。

審核編輯：郭婷