---- 能訊GaN功放管DX1H3438140P性能介紹

摘要：中國(guó)首家商用氮化鎵（GaN）電子器件生產(chǎn)企業(yè)蘇州能訊高能半導(dǎo)體有限公司 （Dynax Semiconductor, Inc.），發(fā)布適合5G移動(dòng)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(xiàn)性度等指標(biāo)上，均達(dá)到世界領(lǐng)先水平。并且該功放管針對(duì)無(wú)線(xiàn)通信基站進(jìn)行了特殊優(yōu)化，易于設(shè)計(jì)成Doherty架構(gòu)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(guó)產(chǎn)氮化鎵的潛力，為市場(chǎng)提供系列化性能出眾的氮化鎵器件。

中國(guó)5G移動(dòng)通信系統(tǒng)已經(jīng)完成了第一階段對(duì)于大規(guī)模天線(xiàn)、多址多載波、高頻段通信等關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)，同時(shí)也驗(yàn)證了高達(dá)Gbps的用戶(hù)體驗(yàn)速率、毫秒級(jí)端到端時(shí)延、每平方公里百萬(wàn)節(jié)點(diǎn)等多樣化場(chǎng)景需求；目前運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)展開(kāi)了第二階段的試驗(yàn)，開(kāi)展面向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、低時(shí)延高可靠和低功耗大連接三大5G典型場(chǎng)景的無(wú)線(xiàn)空口和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案的研發(fā)與試驗(yàn)，測(cè)試頻率為3.6 GHz, 并計(jì)劃在2017年底前完成測(cè)試，為2018年的5G 通信實(shí)驗(yàn)網(wǎng)開(kāi)通做準(zhǔn)備。

為了實(shí)現(xiàn)高速大容量的用戶(hù)體驗(yàn)，勢(shì)必拓寬信號(hào)帶寬，在一系列規(guī)劃頻段中，3.4 GHz-3.8 GHz頻段率先成為全球的熱點(diǎn)頻率，引起全球移動(dòng)產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)關(guān)注。各大設(shè)備商重點(diǎn)開(kāi)發(fā)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(ài)立信的宏站Macro Radio 2218和微站Micro Radio 440均聚焦3.4 GHz-3.8 GHz 應(yīng)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(hào)帶寬均超過(guò)150 MHz。

各大射頻功放管廠商也爭(zhēng)先恐后，推陳出新，不斷發(fā)布滿(mǎn)足市場(chǎng)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(dǎo)致其很難滿(mǎn)足5G系統(tǒng)高頻和高效的需求，逐漸喪失了在基站功放市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。 而氮化鎵以其固有的高功率密度有效的降低了結(jié)電容，從而提高了帶寬，滿(mǎn)足了多載波系統(tǒng)對(duì)功率半導(dǎo)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(yōu)化了系統(tǒng)射頻性能，而且簡(jiǎn)化了熱設(shè)計(jì)，縮小了體積和重量，便于工程建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，有效的推動(dòng)了行業(yè)發(fā)展，開(kāi)啟了以氮化鎵材料為主的第三代射頻功放管商用的新時(shí)代。

在這樣良好的市場(chǎng)環(huán)境下，能訊半導(dǎo)體應(yīng)運(yùn)而生，致力于GaN射頻功率器件的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，是國(guó)內(nèi)除科研院所外唯一一家擁有獨(dú)立氮化鎵FAB 工廠和生產(chǎn)能力的IDM公司，可以給客戶(hù)提供從外延材料，管芯設(shè)計(jì)到器件生產(chǎn)的多樣化合作模式。產(chǎn)品不斷推出，逐漸得到市場(chǎng)及客戶(hù)的認(rèn)可。

對(duì)于3.4 GHz-3.8 GHz 寬帶多載波RRU 項(xiàng)目，能訊開(kāi)發(fā)了多款GaN功放管，結(jié)合Doherty , DPD 等高效線(xiàn)性化技術(shù)，給客戶(hù)提供了整機(jī)20 W 或以上的功放解決方案。

首先，功率放大器作為通信發(fā)射系統(tǒng)中極為重要的部分，其輸出功率的能力，漏級(jí)效率大小都會(huì)對(duì)整個(gè)通信系統(tǒng)有著重要的影響，從綜合性能來(lái)說(shuō)，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(bǔ)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(yōu)勢(shì)，使其成為5G 通信的首選功放管技術(shù)。

再者，近年來(lái)歐美半導(dǎo)體公司對(duì)國(guó)內(nèi)功放管市場(chǎng)的封鎖趨緊，國(guó)內(nèi)氮化鎵企業(yè)受到了市場(chǎng)的大力追捧，加速發(fā)展。

能訊高能半導(dǎo)體有限公司作為國(guó)家首家商用氮化鎵電子器件生產(chǎn)企業(yè)，針對(duì)市場(chǎng)及基站客戶(hù)的需要，發(fā)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(yōu)異的寬帶性能，客戶(hù)可以在該頻段內(nèi)采用同一個(gè)寬帶功放管來(lái)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(xiàn)性度、功率密度、效率以及寬帶特性。在板級(jí)使用時(shí)，外匹配容易實(shí)現(xiàn)，調(diào)試簡(jiǎn)單。

將該功放管設(shè)計(jì)成Doherty架構(gòu)，非常適合系統(tǒng)平均功率為20 W的基站使用。采用該功放管設(shè)計(jì)的Doherty架構(gòu)功率放大器，可以支持160 MHz的寬帶信號(hào)，并很好的與寬帶DPD系統(tǒng)配合，在常溫下經(jīng)過(guò)DPD校正之后，線(xiàn)性度可以達(dá)到-50 dBc @ 45.4 dbm，表現(xiàn)出了很完美的射頻閉環(huán)性能。 圖一為功放管圖片：

圖1、DX1H3438140P功放管圖片

下面我們對(duì)這款功率管分別作了單管及Doherty性能測(cè)試：

一、Load Pull性能

表1為功放管DX1H3438140P在3.4 GHz-3.8 GHz的Load Pull測(cè)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(cè)試條件：Vds=48 V，Ids=400 mA Pulse Width = 100 µs, Duty Cycle = 10 %

表1、DX1H3438140P Load Pull測(cè)試結(jié)果

二、3.6GHz Class AB調(diào)試

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

圖2、DX1H3438140P Demo圖片

2.1、小信號(hào)性能

該放大器在3.4 GHz-3.8 GHz內(nèi)回波損耗S11小于-10 dB,帶寬大于400 MHz。在3.6 GHz，小信號(hào)增益大于19 dB。圖3為小信號(hào)調(diào)試的結(jié)果曲線(xiàn)。

圖3、DX1H3438140P調(diào)試后小信號(hào)性能

2.2、脈沖飽和功率測(cè)試

調(diào)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(shí)的功率增益為19.3 dB。圖4為大信號(hào)脈沖測(cè)試結(jié)果。

圖4、DX1H3438140P調(diào)試后脈沖測(cè)試性能

2.3、DPD線(xiàn)性度測(cè)試

該放大器經(jīng)過(guò)DPD校正后，其表現(xiàn)出了優(yōu)異的線(xiàn)性性能，測(cè)試信號(hào)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(shí)，其校正后ACLR可以達(dá)到-58 dBC。圖5為DPD測(cè)試結(jié)果。

圖5、DX1H3438140P調(diào)試后DPD性能

三、Doherty 性能

為了實(shí)現(xiàn)功放線(xiàn)性和效率的完美結(jié)合，能訊分別開(kāi)發(fā)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(duì)稱(chēng)Doherty架構(gòu)來(lái)表現(xiàn)其最佳的寬帶及線(xiàn)性特性。針對(duì)目前通信系統(tǒng)中常用的信號(hào)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(lái)展示其回退時(shí)的性能。具體可以參照?qǐng)D6和圖7中的效率曲線(xiàn)。

3.1、3.4 GHz-3.6GHz Doherty脈沖功率測(cè)試

表2展示了3.4 GHz-3.6 GHz Doherty功放在200 MHz的帶寬內(nèi)的性能參數(shù)，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(shí)，其效率在42.5 %以上，增益大于15.1 dB。該Doherty功放功率回退時(shí)的性能出眾，非常適合在20-30 W區(qū)間的RRU 功放應(yīng)用。

3.4 GHz-3.6 GHz脈沖特性 主管靜態(tài)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(cè)試數(shù)據(jù)

圖6、3.4 GHz-3.6 GHz Doherty功放脈沖測(cè)試性能

3.2、3.4 GHz-3.8GHz Doherty脈沖功率測(cè)試

表3展示了3.4 GHz-3.6 GH Doherty功放在400 MHz的帶寬內(nèi)的性能參數(shù)，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(shí)，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(tài)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(cè)試數(shù)據(jù)

圖7、3.4 GHz-3.8 GHz Doherty功放脈沖測(cè)試性能

圖8、3.4 GHz-3.8 GHz Doherty Demo圖片

3.3、寬帶DPD線(xiàn)性度測(cè)試

圖9是能訊為客戶(hù)設(shè)計(jì)的3.4 GHz-3.6 GHz Doherty功放寬帶信號(hào)線(xiàn)性結(jié)果，測(cè)試信號(hào)為L(zhǎng)TE 160 MHz信號(hào)，峰均比為7.5 dB。在功放口輸出功率大于45 dBm時(shí)，其校正后的線(xiàn)性依然可以低于-50 dBc。圖10為160 MHz信號(hào) （11000011模式）矯正后右邊兩個(gè)載波的的頻譜圖。

圖9、寬帶LTE信號(hào)DPD校正結(jié)果

圖10、160 MHz 寬帶信號(hào)頻譜圖

四、總結(jié)

從Class AB 或者Doherty的測(cè)試性能來(lái)看，DX1H3438140P這款產(chǎn)品無(wú)論在帶寬、功率、效率特性，還是線(xiàn)性度方面均有杰出的表現(xiàn)。這充分驗(yàn)證了能訊半導(dǎo)體公司先進(jìn)的材料生長(zhǎng)和管芯設(shè)計(jì)能力，精細(xì)的工藝控制，穩(wěn)定可靠的生產(chǎn)能力。

關(guān)于能訊半導(dǎo)體（Dynax Semiconductor, Inc.）

公司總部位于江蘇省蘇州市昆山國(guó)家高新區(qū)晨豐路18號(hào)，并在西安、南京設(shè)立了研發(fā)中心。能訊半導(dǎo)體致力于高能效的氮化鎵（GaN）功率半導(dǎo)體材料和器件的產(chǎn)業(yè)化，率先在蘇州市昆山高新區(qū)建設(shè)了中國(guó)第一家商用氮化鎵電子材料與器件工廠。

能訊半導(dǎo)體自主開(kāi)發(fā)了氮化鎵材料生長(zhǎng)、器件設(shè)計(jì)、制造工藝、封裝與可靠性技術(shù)，目前已擁有150多項(xiàng)中國(guó)及國(guó)際發(fā)明專(zhuān)利，其技術(shù)水平和產(chǎn)品指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。能訊的核心團(tuán)隊(duì)有著豐富的海外從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，目前還保持著眾多氮化鎵技術(shù)的世界紀(jì)錄。

能訊緊跟客戶(hù)需求，發(fā)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(shí)滿(mǎn)足客戶(hù)TDD 及FDD 制式的多模多頻段需求，為客戶(hù)帶來(lái)了卓越的寬帶線(xiàn)性及效率特性。

能訊以成為領(lǐng)先的高能半導(dǎo)體供應(yīng)商為使命。在保持技術(shù)領(lǐng)先的同時(shí)，能訊半導(dǎo)體還將利用本土優(yōu)勢(shì)，建立及時(shí)響應(yīng)、深度協(xié)助、提升競(jìng)爭(zhēng)力的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，竭誠(chéng)服務(wù)客戶(hù)。

本文刊登于微波射頻網(wǎng)旗下《微波射頻技術(shù)》雜志 2017微波技術(shù)專(zhuān)刊，未經(jīng)允許謝絕轉(zhuǎn)載。