Perspektywy rynku i zastosowania wzmacniaczy mocy GaN MMIC

Kolejny smartfon, który kupisz, prawdopodobnie będzie zawierał wzmacniacz mocy MMIC GaN do komunikacji bezprzewodowej. To, co wcześniej było domeną świata akademickiego, teraz szybko komercjalizuje się. Te rozwój nie ogranicza się tylko do smartfonów, chociaż oczekuje się, że staną się one znaczącą częścią rosnącego rynku komponentów RF. Oczekuje się, że wysokoczęstotliwościowe radary w motoryzacji, lotnictwie, a nawet robotyce będą znacząco napędzać dalsze przyjęcie MMIC GaN. Jako pokrewny obszar wymagający półprzewodników o wysokiej przewodności cieplnej i napięciu przebicia, wzmacniacze GaN-SiC i 4H-SiC mają znaleźć szerokie zastosowanie w sektorze energii odnawialnej.

Dowody znajdują się w danych rynkowych. Według najnowszych danych rynkowych od Global mobile Suppliers Association (GSA), ponad 67% wszystkich urządzeń 5G obsługuje pasma spektrum poniżej 6 GHz, a nieco ponad 34% obsługuje komunikację bezprzewodową mmWave. Ponad 27% wszystkich ogłoszonych urządzeń obsługuje zarówno komunikację bezprzewodową mmWave, jak i poniżej 6 GHz. W miarę jak więcej urządzeń wchodzi w zakres mmWave, a metody chłodzenia tych produktów stają się bardziej innowacyjne, najnowsze szacunki oceniają globalną wartość rynku wzmacniaczy od 1,6 mld USD do 3 mld USD do 2023 roku. Przewiduje się, że GaN będzie stanowić 43% tego całkowitego udziału w rynku.

W obliczu całego tego entuzjazmu wokół tych komponentów, to dobry czas, aby być projektantem RF, mobilnym, radarowym lub konwersji mocy. Jeśli szukasz sposobów na innowacje, czytaj dalej, aby zobaczyć, skąd nadchodzi kolejny wzrost i dlaczego GaN MMIC są kluczowe dla tych aplikacji.

Dlaczego entuzjazm wokół wzmacniacza mocy GaN MMIC?

GaN jest idealnym półprzewodnikiem dla tranzystorów o wysokiej mobilności elektronów (HEMT), obok GaAs i krzemu masowego. Ważne różnice między GaN dla aplikacji RF a Si lub GaAs stają się jasne, gdy porównuje się ich właściwości materiałowe. Poniżej przedstawiono krótkie porównanie w tabeli.

Rzeczywistą zaletą dla elektroniki mocy RF jest dwojaki charakter. Po pierwsze, mobilność Si w warstwie masowej jest większa niż w warstwie inwersyjnej, jednak w przypadku GaN obserwuje się przeciwną sytuację. Oznacza to, że GaN ma niższą rezystancję w stanie załączenia, co jest kluczowym parametrem dla efektywności tranzystora. Po drugie, posiada wyższy próg przebicia dzięki szerszej przerwie energetycznej. Jeśli świat fotoniki zintegrowanej kiedykolwiek zostanie skomercjalizowany do użytku przy długościach fal UV, GaN jest głównym półprzewodnikiem dla UV EPICs.

Chociaż przewodności cieplne GaN i Si są podobne, GaN może tolerować znacznie wyższą temperaturę pracy. GaN może być również hodowany na podłożu SiC, a nie na własnym. Przewodność cieplna 4H-SiC wynosi 490 W/m•K, co zapewnia dobrze zintegrowany radiator dla MOSFETów GaN-SiC pracujących z wysoką częstotliwością i wysoką mocą wyjściową. Wszystkie te cechy napędzają technologię produkcji i projektowanie urządzeń wzmacniaczy mocy GaN MMIC dla wielu zastosowań.

Obiecujące zastosowania dla wzmacniaczy mocy GaN

Oto niektóre z rozwijających się zastosowań dla wzmacniaczy mocy GaN.

Wzmacniacze dla telekomunikacji

Rozprzestrzenianie się sieci bezprzewodowych LTE jest głównym czynnikiem wzrostu, który napędza rynek wzmacniaczy GaN. Wdrożenia 5G będą wiązały się z większym wykorzystaniem wzmacniaczy GaN/GaN-SiC w bezprzewodowych łączach zwrotnych i stacjach bazowych, co stanowi 50% wzrostu rynku w tej dziedzinie. Dla projektantów płyt, wzmacniacze GaN/GaN-SiC będą idealnym wyborem, ponieważ te komponenty wymagają mniej sprzętu chłodzącego na pokładzie i poza nim.

Automotive, obronność i lotnictwo

Głównym zastosowaniem wysokiej częstotliwości w tej dziedzinie jest radar w paśmie W (dla motoryzacji) i paśmie M NATO (dla lotnictwa/obrony). Urządzenia GaN mogą obsługiwać wymagane wyższe częstotliwości dzięki ich płaskiej dyspersji/pojemności wyjściowej. Radar na częstotliwościach sięgających do pasma W będzie wymagał odejścia od urządzeń GaAs. Wyższe użyteczne napięcie w urządzeniach GaN zapewnia również wyższą moc wyjściową w porównaniu z GaAs, co pozwala na dłuższy zasięg.

Urządzenia GaN są doskonałym wyborem dla dalekosiężnych łańcuchów sygnałowych radarów samochodowych pracujących na częstotliwości ~77 GHz. W miarę jak koszty komponentów spadają dzięki większej pojemności fabryk i zwiększonej konkurencji, tak samo będzie maleć koszt modułów radarowych dla tych zastosowań. Rozpowszechnianie się zintegrowanych modułów nadawczo-odbiorczych i SoC dla radarów samochodowych zapewnia również mniejsze rozmiary nowych produktów.

Przekształcanie mocy dla alternatywnych źródeł energii

Chociaż nie jest to zastosowanie wysokich częstotliwości, efektywne przekształcanie mocy przy wysokim napięciu z długą niezawodnością wymaga urządzeń, które mogą wytrzymać wysokie temperatury i szybko rozpraszać ciepło. GaN-Si i GaN-SiC dobrze spełniają te wymagania, chociaż wyższa przewodność cieplna podłoży SiC faworyzuje GaN-SiC dla zastosowań wysokonapięciowych/wysokomocowych. Nowe wzmacniacze mocy GaN umożliwiają przekształcanie mocy w trójfazowych systemach przemysłowych, dystrybucji/przekształcaniu mocy oraz elektronice samochodowej do zakresu kV.

Z większą komercjalizacją i popytem w tych nowych obszarach, projektanci muszą wiedzieć, jakie komponenty są dostępne dla nowych produktów. Możesz udać się na Octopart, aby znaleźć swój następny wzmacniacz mocy GaN MMIC, a następnie szybko zaimportować dane projektowe dla swoich komponentów do Altium Designer.

Funkcje wyszukiwania części producenta i symulacji obwodów w Altium Designer® są idealne dla innowatorów pracujących w tych intensywnych nowych obszarach. Inżynierowie układów będą mieli dostęp do kompletnego zestawu narzędzi do projektowania stosu warstw, kontroli impedancji i wielu innych. Teraz możesz pobrać darmową wersję próbną Altium Designer i dowiedzieć się więcej o najlepszych w branży narzędziach do projektowania układów, symulacji i planowania produkcji. Porozmawiaj z ekspertem Altium już dziś, aby dowiedzieć się więcej.