Виктор Захаренко
Новости Электроники 16, 2008
В 2008 году компания NXP Semiconductors выпустила ряд новых мощных RF-транзисторов, созданных по LDMOS-технологии шестого поколения. Еще несколько новых образцов этой продукции, предназначенной для радиовещания, проводной и беспроводной связи, систем широкополосного доступа и микроволновых систем, увидят свет в ближайшее время.
Компания NXP Semiconductors - ключевой поставщик RF-компонентов в течении последних двадцати пяти лет. За последние четыре года по объему поставок на рынке LDMOS-компонентов компания занимает второе место, уступая по этому показателю лишь Freescale Semiconductor. Позиции компании по объему рыночной доли для отдельных приложений:
- первое место по поставкам для радиопередачи, радиовещания (Broadcast) и WiMAX - мобильного широкополосного доступа;
- второе место по базовым станциям стандартов сотовой связи, включая GSM, CDMA, UMTS и др.;
- третье место по микроволновым применениям.
Новая линейка транзисторов также предназначена для указанных приложений.
В области производства транзисторов для радиопередачи, радио- и телевещания компания NXP (бывшая Philips Semiconductors) имеет богатую историю и превосходную репутацию. Новые изделия (серии BLF87x - для UHF-диапазона и серии BLF57x - для VXF-диапазона) подтверждают авторитет компании в этой области. Их целевое применение - не только в области радиопередачи и радиовещания, но и в промышленной, научной и медицинской областях. Характеристики транзисторов приведены в таблице 1.
Таблица 1. Характеристики транзисторов
Наимено- вание |
Диапазон частот, МГц |
Напря- жение питания, В |
Выходная мощность, Вт |
Коэффициент усиления, дБ/МГц |
КПД, % | IMD3, dBc | Класс |
---|---|---|---|---|---|---|---|
BLF878 | 470...860 | 40 | 300 при PEP1), 75 при AVG2) |
20/860 | 451), 322) | -351), -322) | AB |
BLF871 | 470...860 | 40 | 100 при PEP1), 24 при AVG2) |
19,5/860 | 471), 302) | -311), -322) | AB |
BLF574 | 0...500 | 50 | 400 при CW3) | 26/225 | 70 | - | AB |
BLF573 | 0...500 | 50 | 300 при CW3) | 26/225 | 70 | - | AB |
BLF571 | 0...500 | 50 | 20 при CW3) | 28/225 | 68 | - | AB |
Параметры в таблице приведены для тестовых сигналов: 1) - двухтоновый сигнал; 2) - OFDM; 3) - однотоновый сигнал. |
Транзисторы BLF574 и BLF878 имеют сдвоенное (push-pull) исполнение.
Большая выходная мощность, высокие КПД и усиление, низкое тепловое сопротивление транзисторов позволяют реализовать усилительные устройства большой мощности с относительно низкими искажениями и небольшими размерами. Это подтверждают предлагаемые потребителям демонстрационные платы усилителей, информацию по которым можно найти на сайте компании http://www.nxp.com. Демонстрационный усилитель на транзисторе BLF578 (рис. 1) достигает выходной мощности 600 Вт в рабочей полосе частот 88...108 МГц. Коэффициент усиления - 27,5 дБ, КПД - 73%. Размер - 508х1016 мм.
Рис. 1. Демонстрационный усилитель на транзисторе BLF578
Усилитель спроектирован для работы в классе B и имеет энергетические показатели (выходная мощность и КПД) выше, чем приведенные в таблице 1 для транзистора BLF578. При работе в нормальном температурном режиме (температуре радиатора охлаждения не более 40°С) надежность устройства остается очень высокой. Показатель TTF (Time to Failure - время, в течение которого происходит отказ 0,1% устройств) составляет 50 лет. Усилитель доступен для тиражирования. Вместе с демонстрационной платой NXP может предоставить в составе документации gerber-файлы для PCB-проектирования.
BLF578 по КПД на 10-15% превосходит своих предшественников - LDMOS-транзистор второго поколения BLF369 и широко применявшиеся в телевизионных усилителях VDMOS-транзисторы BLF248 и BLF278. Невозможно недооценивать важность КПД для усилителя - это параметр, непосредственно влияющий на основные эксплуатационные характеристики усилителя: потребляемую мощность, габариты и вес системы охлаждения и усилителя в целом, температурный режим, надежность.
BLF878 - это первый в мире 300-ватный UHF-транзистор, разработанный по 40-вольтовой LDMOS технологии шестого поколения.
От сегодняшних передатчиков цифрового телевидения (DVB-T, DVB-H) требуется большая мощность в широкой полосе частот. Транзистор BLF878 позволяет это сделать с максимальным КПД, достигающим 55% в режиме CW и 32% в режиме OFDM. На транзисторах BLF871 и BLF878 реализуется усилитель стандарта DVB-T (рис. 2) с выходной мощностью 500 Вт в режиме OFDM.
Рис. 2. UHF-усилитель на 500 Вт стандарта DVB-T
Для радиовещательных применений в ближайших планах NXP - выпуск транзисторов BLF888 и BLF578. BLF888 - это 50-вольтовый LDMOS-транзистор UHF-диапазона с еще более высокой мощностью, чем у BLF878. В режиме OFDM выходная мощность планируемого к выпуску транзистора BLF888 должна составить 110 Вт (против 75 Вт у BLF878); КПД - не менее 30%; коэффициент усиления - не менее 20 дБ; CCDF 0,01% > 8 дБ; IMD - не более минус 30 dBc. BLF578 - транзистор VHF-диапазона с выходной мощностью 600 Вт в режиме CW и 1 кВт в импульсном режиме.
Операторы сотовой связи и изготовители базовых станций постоянно стараются достичь большей эффективности системы связи - по количеству соединений, которые могут быть обработаны, и по потребляемой мощности для поддержания этих соединений. В этом стремлении усилитель играет ключевую роль. Во первых, это та часть базовой станции, которая потребляет основную часть мощности; во вторых - линейность усилителя определяет какое количество запросов может быть надежно обработано, не создавая существенных помех на соседних каналах используемой полосы частот.
Сегодняшний путь к улучшению характеристик усилителя - с одной стороны, улучшение характеристик транзисторов, а с другой - применение передовых схемотехнических решений.
NXP производит транзисторы для усилителей базовых станций, работающих в различных диапазонах частот. Параметры транзисторов 6-го LDMOS-поколения диапазонов 1, 2, 2,2 ГГц приведены в таблице 2.
Таблица 2. Параметры транзисторов LDMOS 6-го поколения
Наименование | Рабочий режим | Напряжение питания, В | Выходная мощность, Вт |
Коэффициент усиления, дБ | КПД, % | ACLR, dBc |
---|---|---|---|---|---|---|
Диапазон частот 800...1000 МГц | ||||||
BLF6G10S-45 | 2C-WCDMA | 28 | 1 | 23 | 8 | -48,5 |
BLF6G10-45 | 2C-WCDMA | 28 | 1 | 22,5 | 7,8 | -49 |
BLF6G10LS-135R | 2C-WCDMA | 28 | 26,5 | 20,2 | 27 | -40 |
BLF6G10LS-160 | 2C-WCDMA | 28 | 32 | 22 | 26 | -42 |
BLF6G10LS-200 | 2C-WCDMA | 28 | 40 | 20 | 27 | -41 |
BLF6G10LS-200R | 2C-WCDMA | 28 | 40 | 20 | 27 | -40 |
Диапазон частот 1800...2000 МГц | ||||||
BLF6G20S-45 | 2C-WCDMA | 28 | 2,5 | 19,5 | 14 | -49 |
BLF6G20-45 | 2C-WCDMA | 28 | 2,5 | 19,2 | 14 | -50 |
BLF6G20-75 | GSM/EDGE | 28 | 29,5 | 19 | 37,5 | - |
BLF6G20LS-75 | GSM/EDGE | 28 | 29,5 | 19 | 37,5 | - |
BLF6G20-110 | 2C-WCDMA | 28 | 25 | 19 | 31 | -40 |
BLF6G20LS-110 | 2C-WCDMA | 28 | 25 | 19 | 31 | -40 |
BLF6G20LS-140 | 2C-WCDMA | 28 | 35,5 | 16,5 | 30 | -40 |
BLF6G20LS-180 | IS95 | 27 | 35,5 | 16,5 | 27 | -36 |
BLF6G20-180PN | 2C-WCDMA | 32 | 50 | 18 | 27,5 | -35 |
Диапазон частот 2000...2200 МГц | ||||||
BLM6G22-30(G) | 2C-WCDMA | 28 | 2 | 29,5 | 8,5 | -51 |
BLF6G22S-45 | 2C-WCDMA | 28 | 2,5 | 18,5 | 13 | -49 |
BLF6G22-45 | 2C-WCDMA | 28 | 2,5 | 18,5 | 13 | -49 |
BLF6G22-75 | 2C-WCDMA | 28 | 17 | 18 | 28 | -43 |
BLF6G22LS-75 | 2C-WCDMA | 28 | 17 | 18 | 28 | -43 |
BLF6G22LS-100 | 2C-WCDMA | 28 | 25 | 18 | 32 | -40 |
BLF6G22LS-130 | 2C-WCDMA | 28 | 30 | 17 | 28,5 | -40 |
BLF6G22LS-180 | IS95 | 27 | 40 | 16 | 27 | - |
BLF6G22-180PN | 2C-WCDMA | 32 | 50 | 17,5 | 27,5 | -35 |
О линейности транзисторов можно судить по коэффициенту утечки мощности по соседнему каналу ALCR (Adjacent Channel Leakade power Ratio). Для мощных транзисторов ALCR не хуже минус 35 dBc (тестовый сигнал 3GPP; модель 1; 64DPCH; PAR=7,5 дБ при CCDF 0,01%; разнос 5 МГц).
На диаграмме (рис. 3) показана эволюция технологии, схемотехнических решений и повышение эффективности усилителей.
Рис. 3. Эволюция технических характеристик усилителей
Усилители с опережающей коррекцией (Feedforward) и цифровым предыскажением (Digital Predistortion) в классе АВ уступают место усилителям с цифровым предыскажением со схемой Doherty. Дальнейшее повышение эффективности связывается с технологией на нитриде галлия на быстрых электронах (GaN-pHEMT) и схемотехникой SMPA (Switching-Mode Power Amplifier).
NXP предлагает готовые технические решения усилителей по схеме Doherty. На рисунке 4 представлены схемы и фотографии демонстрационных плат симметричного и несимметричного усилителя Doherty для диапазона 2,00...2,20 ГГц.
Рис. 4. Демонстрационные платы симметричного и несимметричного усилителя Doherty
Симметричный усилитель выполнен на двух транзисторах BLC6G22-130, а несимметричный - на транзисторах BLC6G22-100 и BLC6G22-180P. Усилители имеют выходную пиковую мощность - 55 дБм (симметричный) и 56 дБм (несимметричный); КПД - 35% (симметричный) и 42% (несимметричный).
В таблице 3 приведены характеристики транзисторов, предлагаемых NXP для усилителей в WiMAX. Для WiMAX NXP также может предложить демонстрационные платы усилителей.
Основные новинки, представленные NXP для микроволновых приложений на основе 50-вольтовой LDMOS технологии, это:
- BLAH0912-500: частотный диапазон от 0,960 до 1,215 ГГц, выходная мощность 500 Вт (импульсный режим, длительность импульса 128 мкс, скважность 10), коэффициент усиления 15 дБ, КПД 45%. Предназначен для применения в различных системах гражданской авиации (TCAS, TACAN, MODE-S и др.).
- BLLH1214-500: L-диапазон (1,20...1,40 ГГц), выходная мощность 500 Вт (импульсный режим, длительность импульса 100 мкс, скважность 10), коэффициент усиления 15 дБ, КПД 45%. Типовое применение - радары L-диапазона.
- BLS6G2933-120, BLS6G2933-190P, BLS6G2729-175, BLS6G2729-270P - для применения в радарах S-диапазона.
Для S-диапазона (2,70...3,50 ГГц) по 32-вольтовой LDMOS-технологии производятся:
- BLSH2731-120: частотный диапазон от 2,70 до 3,10 ГГц, выходная мощность 120 Вт (импульсный режим, длительность импульса 200 мкс, скважность 10), коэффициент усиления 13,5 дБ, КПД > 48%. Применение - радары S-диапазона.
- BLSH3135-120: частотный диапазон от 3,10 до 3,50 ГГц, выходная мощность 120 Вт (импульсный режим, длительность импульса 300 мкс, скважность 10), коэффициент усиления 11 дБ, КПД > 43%. Применение - радары S-диапазона.