天华中威科技微波小课堂_GAN和LDMOS的优劣势

天华中威科技微波小课堂_GAN和LDMOS的优劣势

众所周知，目前针对3G／HSPA和LTE基站市场的PA主要有基于硅的横向扩散金属氧化物半导体 （LDMOS）和砷化镓（GaAs）两种，但LDMOS PA的带宽会随着频率的增加而大幅减少，仅在不超过约3．5GHz的频率范围内有效，GaAs PA是目前市场主流，出货占比占9成以上。随着通讯频段向高频迁移，基站和通信设备需要支持高频性能的PA，GaN射频器件相比LDMOS和GaAs优势逐步突显。

5G带动GaN崛起

由于5G需要大规模MIMO和Sub-6GHz部署，需要使用毫米波（mmWave）频谱。

GaN技术可以在sub-6GHz 5G应用中发挥重要作用，有助于实现更高数据速率等目标。高输出功率、线性度和功耗要求正在推动基站和网络OEM部署的PA从使用LDMOS技术转换到GaN。GaN为5G sub-6GHz大规模MIMO基站应用提供了多种优势：

1.更低的导通电阻，从而实现更低的传导损耗

2.更快速开关的器件可以实现更低的开关损耗

3.更小的电容在对器件进行充电及放电时，可实现更低的损耗

4.需要更少的功率来驱动电路

5.更细小的器件可以减小解决方案于印刷电路板上的占板面积

GAN的缺点

线性 。Doherty功率放大器结构因为高回退效率而被广泛采用，但由于其引入非线性失真，会导致信号放大的失真问题。这可以通过数字预失真(DPD)来修正，但实践表明，碳化硅基氮化镓器件实现DPD优化相当困难。碳化硅中的电荷捕获效应被认为是由于其硅结构中的晶格缺陷所致，最终导致功率放大器的线性化困难。

价格高。

LDMOS依然有优势

以雷达应用为例，在选择工艺时必须考虑不同晶体管技术的优缺点。而对于大功率应用，关键是要根据实际应用要求来决定了使用的工艺技术，而LDMOS就是这些技术之一。

高功率放大器（HPA）通常用于国防、航空航天和气象雷达等，从早期的分立或集成RF功率晶体管开始，一直到现在，已经有好几种有源器件半导体技术用于放大脉冲和连续波（CW）信号，从HF / VHF / UHF到L-，S-，C-和X-波段的频率。

而用于RF /微波HPA的晶体管包括传统的硅双极和硅VDMOS等功率晶体管，以及更新近的LDMOS和氮化镓等技术，另外还有碳化硅（SiC或GaN-on-SiC）高电子迁移率晶体管（HEMT）。根据频率、带宽和其他要求，每种晶体管技术都可以在输出功率、增益和性能方面提供各自的性能优势。

其中，LDMOS是一种比双极晶体管更新的技术，广泛应用于高线性通信以及宽带CW放大器，也是L波段脉冲应用的绝佳选择。

LDMOS非常适合长脉冲和高占空比应用，因为它具有非常低的每瓦特热阻，这也提升了其出色的VSWR耐受特性。然而，与双极和GaN HEMT功率管相比，LDMOS的最大不足之处就是功率效率较差。

但是，与LDMOS相比，GaN HEMT的一个最大缺点就是：它是耗尽型器件，这意味着它不仅需要电压供应，还必须在漏极电压之前施加栅极电压。

选择正确的晶体管技术

应该根据实际应用的要求，例如波形类型、频率、带宽和输出功率水平等来选定功率放大器所需的类型。

如在S波段及以上，SIC基的GaN HEMT真的是唯一选择，而介于两者之间的话，主要挑战就是平衡成本与性能，这方面做起来很难。下图总结了三种晶体管的优缺点，以及在雷达应用中选择时的考量因素。

虽然GaN来势汹汹，但LDMOS仍然有强劲的应用需求，而相应的新产品也在不断涌现，如恩智浦的MRFX系列高功率产品就是其中之一，MRFX系列基于65-LDMOS技术，该公司称该技术具有许多优势。

结语

LDMOS要“死”了吗？答案很响亮：“不”。虽然受到了以GaN为代表的新技术的挑战与冲击，使得LDMOS可能没有它曾经拥有的辉煌了，但在可预见的未来，该技术仍然会存活下去，而且还会活得很好。