《電子技術(shù)應(yīng)用》
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5G發(fā)展將帶動(dòng)RF功率元件需求成長

2017-08-08
關(guān)鍵詞: LDMOS 半導(dǎo)體 5G 制程

隨著5G技術(shù)逐漸成熟,,帶給射頻前端(RF Front End)晶片市場商機(jī),未來射頻功率放大器(RF PA)需求將持續(xù)成長,其中傳統(tǒng)金屬氧化半導(dǎo)體(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor,,LDMOS,;LDMOS具備低成本和大功率性能優(yōu)勢)制程逐步被氮化鎵(Gallium Nitride,,GaN)取代,,尤其在5G技術(shù)下需要支援更多元件、更高頻率,,另砷化鎵(GaAs)則相對穩(wěn)定成長,。透過導(dǎo)入新的射頻技術(shù),RF PA將以新的制程技術(shù)實(shí)現(xiàn),其中GaN的RF PA將成為輸出功率3W以上的主流制程技術(shù),,LDMOS市占率則逐漸降低,。

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1. 隨著5G技術(shù)成熟,射頻功率放大器市場具商機(jī)

5G技術(shù)涵蓋毫米波頻率和大規(guī)模MIMO(Multi-Input Multi-Output)天線運(yùn)用,,以實(shí)現(xiàn)5G無線整合及架構(gòu)上的突破,,未來如何大規(guī)模采用Massive-MIMO及毫米波(mmWave)回程系統(tǒng)將是發(fā)展關(guān)鍵。由于5G頻率高,,因此對于高功率,、高性能、高密度的射頻元件需求增加,,其中氮化鎵(GaN)符合其條件,,即GaN市場具有潛在商機(jī)。

射頻前端晶片市場主要分為兩大類,,一為使用MEMS(Microelectromechanical Systems)制程制造的濾波器,,以聲表面波濾波器(Surface Acoustic Wave,SAW)和體聲波濾波器(Bulk Acoustic Wave,,BAW)為主,;二為使用半導(dǎo)體制程制造的電路晶片,,以功率放大器(PA)和開關(guān)電路(Switch)為主,。

過去GaN主要應(yīng)用在高功率或長距離傳輸訊號領(lǐng)域,包括基地臺收發(fā)器(Base Station Subsystem,,BTS),、雷達(dá)、電子戰(zhàn)(Electronic Warfare,,EW),、衛(wèi)星通訊等。而GaN技術(shù)發(fā)展最大挑戰(zhàn)在于成本,,也因此影響其發(fā)展速度,,然隨著技術(shù)不斷演進(jìn),GaN成本在大廠投入下有下降趨勢,。目前投入射頻功率放大器業(yè)者眾多,,包括NXP、Qorvo,、Ampleon,、Infineon、Sumitomo,、Analog Devices,、M-A/COM、Wolfspeed、UMS等,。

2. GaN PA在5G發(fā)展下成為超高頻通訊應(yīng)用首選

電信基地臺設(shè)備升級與小型基地臺之建置,,為推動(dòng)射頻功率放大器市場規(guī)模成長動(dòng)能之一,其中功率放大器(其功能為將無線訊號從基地臺發(fā)射出去)占基地臺成本比重約25~30%,,具舉足輕重角色,,業(yè)者無不積極提升PA性能,使PA輸出功率最大化,,同時(shí)獲得最佳線性度和效率,。

2016年全球RF PA市場規(guī)模達(dá)15億美元,預(yù)估至2022年整體市場規(guī)模將為25億美元,,復(fù)合年增率(Compound Annual Growth Rate,,CAGR)為10%。隨著未來對更高頻段需求,,以5G為例,,相較于4G中最高支援5個(gè)20MHz的載波聚合,5G載波聚合的數(shù)量可能高達(dá)32或64個(gè),,這對射頻廠商而言,,技術(shù)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)性更大。

由于GaN功率放大器支援更高頻寬與頻率(已能處理50GHz或以上的毫米波頻率),,盡管在考量成本因素下,,采用LDMOS基地臺需求仍不少,但主要以中低頻率為主,,然在5G毫米波時(shí)代,,高頻段讓傳統(tǒng)PA的LDMOS略顯不足,尤其在10GHz以上頻段,,GaN具有明顯優(yōu)勢,。換言之,GaN PA在5G發(fā)展趨勢下將成為超高頻通訊應(yīng)用首選,。


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