多輸入多輸出 （MIMO） 收發(fā)器架構廣泛用于高功率射頻無線通信系統(tǒng)的設計。作為邁向5G時代的一步，覆蓋蜂窩頻段的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)正在城市地區(qū)部署，以滿足對高數(shù)據(jù)吞吐量和新業(yè)務的新興需求。高度集成的單芯片基帶收發(fā)器解決方案（如ADI公司的新型ADRV9008/ADRV9009系列產(chǎn)品）使這一成就成為可能。為了容納更多的MIMO通道，這些系統(tǒng)的RF前端部分仍然需要類似的集成，以降低熱管理功耗和降低成本。

MIMO 架構 可以 放寬 對 放大器 和 開關 等 構建 塊 的 RF 功率 要求。然而，隨著并行收發(fā)器通道數(shù)量的增加，外圍電路的復雜性和功耗也會相應增加。ADI公司的新型硅技術高功率開關旨在簡化RF前端設計，無需外圍電路，并將功耗降低到可以忽略不計的水平。ADI公司的新型硅片高功率開關為RF設計人員和系統(tǒng)架構師提供了提高系統(tǒng)復雜性的靈活性，而不會使RF前端成為其設計的瓶頸。

在時分雙工（TDD）系統(tǒng)中，天線接口處集成了開關功能，以隔離和保護接收器輸入免受傳輸信號功率的影響。該開關功能既可以直接用于相對低功耗系統(tǒng)的天線接口，如圖1所示，也可以用于接收路徑，如圖2所示，用于更高功率的應用，以確保正確端接雙工器。在開關輸出端安裝分流臂將有助于改善隔離。

圖1.天線開關。

圖2.LNA 保護開關。

基于PIN二極管的開關因其低插入損耗特性和高功率處理能力而成為首選解決方案。然而，大規(guī)模MIMO系統(tǒng)設計中存在缺點，需要高偏置電壓來反轉(zhuǎn)偏置以實現(xiàn)隔離，需要高電流正向偏置以實現(xiàn)低插入損耗。圖3顯示了基于PIN二極管的開關及其外設的典型應用電路。三個分立PIN二極管通過其偏置三通電路進行偏置，并通過高壓接口電路進行控制。

圖3.PIN二極管開關。

ADI公司的新型高功率硅開關更適合大規(guī)模MIMO設計。它們采用5 V單電源供電，偏置電流小于1 mA，無需外部元件或接口電路。圖4顯示了內(nèi)部電路架構?；贔ET的電路在低偏置電流和低電源電壓下工作，將功耗降低到可以忽略不計的水平，并有助于系統(tǒng)級的熱管理。除了易用性外，該器件架構還具有更好的隔離效果，因為RF信號路徑上集成了更多的分流臂。

圖4.ADRV9008/ADRV9009 硅開關。

圖5顯示了單層PCB設計中基于PIN二極管的開關和新型硅開關之間印刷電路板（PCB）圖稿的并排比較。硅開關可以安裝到10×更小的PCB面積中。它簡化了電源要求，不需要高功率電阻器。

圖5.基于 PIN 二極管的開關設計與硅開關的并排比較。

ADI公司的高功率硅開關可以處理高達80 W的RF峰值功率，這足以滿足大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的峰均功率比要求。表1顯示了ADI公司的高功率硅開關系列，這些開關針對不同的功率水平和各種封裝選項進行了優(yōu)化。這些器件繼承了硅技術的內(nèi)在優(yōu)勢，與替代解決方案相比，具有更好的ESD魯棒性和器件間差異。

大規(guī)模MIMO系統(tǒng)將繼續(xù)發(fā)展，并且需要進一步的更高集成度。ADI公司的新型高功率硅開關技術非常適合與LNA集成的多芯片模塊（MCM）設計，為TDD接收器前端提供完整的單芯片解決方案。ADI還將向更高頻率擴展新設計，并將為毫米波5G系統(tǒng)提供類似的解決方案。電路設計人員和系統(tǒng)架構師也將受益于ADI新型硅開關在其他應用中的優(yōu)勢，例如相控陣系統(tǒng)，因為ADI公司通過向X波段頻率和更高常用頻段擴展其產(chǎn)品組合，將高功率硅開關擴展到X波段頻率和更高的常用頻段。

審核編輯：郭婷