---- 能訊GaN功放管DX1H3438140P性能介紹

摘要：中國首家商用氮化鎵（GaN）電子器件生產企業蘇州能訊高能半導體有限公司 （Dynax Semiconductor, Inc.），發布適合5G移動通信的寬帶、高效的GaN功放管DX1H3438140P，該功放管可支持頻段為3.4 GHz-3.8 GHz，在效率、增益，寬帶特性和線性度等指標上，均達到世界領先水平。并且該功放管針對無線通信基站進行了特殊優化，易于設計成Doherty架構的寬帶功率放大器，非常適合輸出平均功率為20 W的宏站RRU使用。蘇州能訊正在釋放國產氮化鎵的潛力，為市場提供系列化性能出眾的氮化鎵器件。

中國5G移動通信系統已經完成了第一階段對于大規模天線、多址多載波、高頻段通信等關鍵技術的試驗，同時也驗證了高達Gbps的用戶體驗速率、毫秒級端到端時延、每平方公里百萬節點等多樣化場景需求；目前運營商已經展開了第二階段的試驗，開展面向移動互聯網、低時延高可靠和低功耗大連接三大5G典型場景的無線空口和網絡技術方案的研發與試驗，測試頻率為3.6 GHz, 并計劃在2017年底前完成測試，為2018年的5G 通信實驗網開通做準備。

為了實現高速大容量的用戶體驗，勢必拓寬信號帶寬，在一系列規劃頻段中，3.4 GHz-3.8 GHz頻段率先成為全球的熱點頻率，引起全球移動產業的重點關注。各大設備商重點開發面向3.4 GHz-3.8 GHz的宏站或一體化小型基站。比如諾基亞的TD-LTE 3.5GHz 8T8R宏站RRU和4T4R低功率RRU以及一體化小基站。愛立信的宏站Macro Radio 2218和微站Micro Radio 440均聚焦3.4 GHz-3.8 GHz 應用。華為和中興也紛紛推出了基于3.4 GHz-3.8 GHz的多載波寬帶RRU，載波信號帶寬均超過150 MHz。

各大射頻功放管廠商也爭先恐后，推陳出新，不斷發布滿足市場需求的器件。而目前主流的硅基LDMOS功放管在頻率和效率上的性能缺陷，導致其很難滿足5G系統高頻和高效的需求，逐漸喪失了在基站功放市場的主導地位。 而氮化鎵以其固有的高功率密度有效的降低了結電容，從而提高了帶寬，滿足了多載波系統對功率半導體器件的視頻帶寬要求。

華為率先大批量使用GaN 射頻功率管，不僅優化了系統射頻性能，而且簡化了熱設計，縮小了體積和重量，便于工程建設和網絡優化，有效的推動了行業發展，開啟了以氮化鎵材料為主的第三代射頻功放管商用的新時代。

在這樣良好的市場環境下，能訊半導體應運而生，致力于GaN射頻功率器件的開發和生產，是國內除科研院所外唯一一家擁有獨立氮化鎵FAB 工廠和生產能力的IDM公司，可以給客戶提供從外延材料，管芯設計到器件生產的多樣化合作模式。產品不斷推出，逐漸得到市場及客戶的認可。

對于3.4 GHz-3.8 GHz 寬帶多載波RRU 項目，能訊開發了多款GaN功放管，結合Doherty , DPD 等高效線性化技術，給客戶提供了整機20 W 或以上的功放解決方案。

首先，功率放大器作為通信發射系統中極為重要的部分，其輸出功率的能力，漏級效率大小都會對整個通信系統有著重要的影響，從綜合性能來說，氮化鎵射頻功放管成為了高頻大功率以及寬帶高效功放模塊的最合適選擇。GaN既彌補了LDMOS的高頻帶寬和效率的性能缺失，又改善了GaAs在高頻功率容量的不足，加上氮化鎵在可靠性方面的優勢，使其成為5G 通信的首選功放管技術。

再者，近年來歐美半導體公司對國內功放管市場的封鎖趨緊，國內氮化鎵企業受到了市場的大力追捧，加速發展。

能訊高能半導體有限公司作為國家首家商用氮化鎵電子器件生產企業，針對市場及基站客戶的需要，發布了新型GaN射頻功放管DX1H3438140P。該功放管可支持頻段為3.4 GHz-3.8 GHz，借助其優異的寬帶性能，客戶可以在該頻段內采用同一個寬帶功放管來代替原有的兩種甚至是三種功放管。功放管的工作電壓為48 V，在該頻段擁有較好的線性度、功率密度、效率以及寬帶特性。在板級使用時，外匹配容易實現，調試簡單。

將該功放管設計成Doherty架構，非常適合系統平均功率為20 W的基站使用。采用該功放管設計的Doherty架構功率放大器，可以支持160 MHz的寬帶信號，并很好的與寬帶DPD系統配合，在常溫下經過DPD校正之后，線性度可以達到-50 dBc @ 45.4 dbm，表現出了很完美的射頻閉環性能。 圖一為功放管圖片：

圖1、DX1H3438140P功放管圖片

下面我們對這款功率管分別作了單管及Doherty性能測試：

一、Load Pull性能

表1為功放管DX1H3438140P在3.4 GHz-3.8 GHz的Load Pull測試性能。

Load Pull性能展示 (3.4 GHz-3.8 GHz)
Freq (GHz)	3.4	3.6	3.8
Pout (dBm)	51.65	51.61	51.58
Gp (dB)	19.8	20.1	19.3
DE (%)	69	71	68
測試條件：Vds=48 V，Ids=400 mA Pulse Width = 100 µs, Duty Cycle = 10 %

表1、DX1H3438140P Load Pull測試結果

二、3.6GHz Class AB調試

該放大器的漏級電壓Vds為48 V，靜態電流Idq為400 mA。使用的PCB板材為Rogers 4350B。圖2為調試前的Demo圖片。

圖2、DX1H3438140P Demo圖片

2.1、小信號性能

該放大器在3.4 GHz-3.8 GHz內回波損耗S11小于-10 dB,帶寬大于400 MHz。在3.6 GHz，小信號增益大于19 dB。圖3為小信號調試的結果曲線。

圖3、DX1H3438140P調試后小信號性能

2.2、脈沖飽和功率測試

調試后該放大器的飽和功率為51.7 dBm，飽和效率為67.3 %，功率回退7.5 dB時的功率增益為19.3 dB。圖4為大信號脈沖測試結果。

圖4、DX1H3438140P調試后脈沖測試性能

2.3、DPD線性度測試

該放大器經過DPD校正后，其表現出了優異的線性性能，測試信號為WCDMA 3GPP test model 1, 64 DPCH, 45% clipping, PAR = 7.5 dB @ 0.01% Probability on CCDF。在功率回退8 dB時，其校正后ACLR可以達到-58 dBC。圖5為DPD測試結果。

圖5、DX1H3438140P調試后DPD性能

三、Doherty 性能

為了實現功放線性和效率的完美結合，能訊分別開發了3.4 GHz-3.6 GHz和3.4 GHz-3.8 GHz的寬帶Doherty 功放板。該功放采用1:1對稱Doherty架構來表現其最佳的寬帶及線性特性。針對目前通信系統中常用的信號PAR 7.5 dB，我們以飽和功率回退8 dB作為其平均輸出功率，來展示其回退時的性能。具體可以參照圖6和圖7中的效率曲線。

3.1、3.4 GHz-3.6GHz Doherty脈沖功率測試

表2展示了3.4 GHz-3.6 GHz Doherty功放在200 MHz的帶寬內的性能參數，其飽和輸出功率大于53.9 dBm，在飽和功率回退8 dB，平均輸出功率為46 dBm時，其效率在42.5 %以上，增益大于15.1 dB。該Doherty功放功率回退時的性能出眾，非常適合在20-30 W區間的RRU 功放應用。

3.4 GHz-3.6 GHz脈沖特性 主管靜態電流400 mA，峰管柵壓-4 V
Pulse Width = 100 µs, Duty Cycle = 10 %
頻率(GHz)	3.4	3.5	3.6
飽和功率(dBm)	54.1	53.9	53.9
效率@46dBm (%)	42.5	44.6	44.0
Gain@46dBm (dB)	15.7	15.5	15.1

表2、3.4 GHz-3.6 GHz Doherty功放測試數據

圖6、3.4 GHz-3.6 GHz Doherty功放脈沖測試性能

3.2、3.4 GHz-3.8GHz Doherty脈沖功率測試

表3展示了3.4 GHz-3.6 GH Doherty功放在400 MHz的帶寬內的性能參數，其飽和輸出功率大于53.9 dBm，在飽和功率回退8 dB，平均輸出功率為46 dBm時，其效率在38.5 %以上，增益大于14.7 dB。

3.4 GHz-3.8 GHz脈沖特性 主管靜態電流400 mA，峰管柵壓-4 V
Pulse Width = 100 µs, Duty Cycle = 10 %
頻率(GHz)	3.4	3.6	3.8
飽和功率(dBm)	53.9	53.98	54.2
效率@46dBm (%)	41	43	38.5
Gain@46dBm (dB)	15.8	15.5	14.7

表3、3.4 GHz-3.8 GHz Doherty功放測試數據

圖7、3.4 GHz-3.8 GHz Doherty功放脈沖測試性能

圖8、3.4 GHz-3.8 GHz Doherty Demo圖片

3.3、寬帶DPD線性度測試

圖9是能訊為客戶設計的3.4 GHz-3.6 GHz Doherty功放寬帶信號線性結果，測試信號為LTE 160 MHz信號，峰均比為7.5 dB。在功放口輸出功率大于45 dBm時，其校正后的線性依然可以低于-50 dBc。圖10為160 MHz信號 （11000011模式）矯正后右邊兩個載波的的頻譜圖。

圖9、寬帶LTE信號DPD校正結果

圖10、160 MHz 寬帶信號頻譜圖

四、總結

從Class AB 或者Doherty的測試性能來看，DX1H3438140P這款產品無論在帶寬、功率、效率特性，還是線性度方面均有杰出的表現。這充分驗證了能訊半導體公司先進的材料生長和管芯設計能力，精細的工藝控制，穩定可靠的生產能力。

關于能訊半導體（Dynax Semiconductor, Inc.）

公司總部位于江蘇省蘇州市昆山國家高新區晨豐路18號，并在西安、南京設立了研發中心。能訊半導體致力于高能效的氮化鎵（GaN）功率半導體材料和器件的產業化，率先在蘇州市昆山高新區建設了中國第一家商用氮化鎵電子材料與器件工廠。

能訊半導體自主開發了氮化鎵材料生長、器件設計、制造工藝、封裝與可靠性技術，目前已擁有150多項中國及國際發明專利，其技術水平和產品指標達到國際先進水平。能訊的核心團隊有著豐富的海外從業經驗，目前還保持著眾多氮化鎵技術的世界紀錄。

能訊緊跟客戶需求，發布了6 GHz 以下，5 W至300 W 的系列化氮化鎵射頻功放管，同時滿足客戶TDD 及FDD 制式的多模多頻段需求，為客戶帶來了卓越的寬帶線性及效率特性。

能訊以成為領先的高能半導體供應商為使命。在保持技術領先的同時，能訊半導體還將利用本土優勢，建立及時響應、深度協助、提升競爭力的服務標準，竭誠服務客戶。

本文刊登于微波射頻網旗下《微波射頻技術》雜志 2017微波技術專刊，未經允許謝絕轉載。