大規(guī)模多輸入多輸出（M-MIMO）無線電在4G LTE蜂窩基站的后期部署中普及，特別是在密集的城市地區(qū)，小型蜂窩有效地填補(bǔ)了蜂窩覆蓋空白，同時(shí)提高了數(shù)據(jù)速度服務(wù)。這種架構(gòu)的成功清楚地證明了它的價(jià)值。它有望成為新興5G網(wǎng)絡(luò)無線電的首選架構(gòu)，因?yàn)樗璧念l譜效率和傳輸可靠性特性是該架構(gòu)固有的。使5G成為現(xiàn)實(shí)的挑戰(zhàn)在于，設(shè)計(jì)人員必須大幅增加在多個(gè)頻段中運(yùn)行的同步收發(fā)器通道的數(shù)量，同時(shí)將所有必要的硬件壓縮到與上一代設(shè)備一樣大或更小的外形尺寸中。

這樣做的含義是：

更多的信道意味著基站內(nèi)和周圍的射頻功率更集中，因此信道之間沒有相互干擾的隔離問題加劇了。

接收器前端組件必須具有改進(jìn)的動(dòng)態(tài)范圍性能，以便在存在高功率信號(hào)時(shí)保持魯棒性。

解決方案大小很重要。

熱管理必須通過增加電子設(shè)備和發(fā)射器的功率來解決。

在尋求更高的數(shù)據(jù)速率以支持各種無線服務(wù)和不同的傳輸方案的過程中，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員面臨著更高的電路復(fù)雜性，但必須滿足類似的尺寸、功耗和成本預(yù)算。在基站塔中添加更多收發(fā)器通道可產(chǎn)生更高的吞吐量，但以更高的RF功率水平利用每個(gè)通道對(duì)于將系統(tǒng)復(fù)雜性和成本保持在可接受的水平同樣重要。對(duì)于更高的RF功率，硬件設(shè)計(jì)人員在RF前端設(shè)計(jì)中沒有太多選擇，而是依賴于需要高偏置功率和復(fù)雜外圍電路的傳統(tǒng)解決方案，這使得實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)更加困難。

ADI公司推出的一款集成式高功率開關(guān)，內(nèi)置低噪聲放大器（LNA），采用多芯片模塊，用于時(shí)分雙工（TDD）系統(tǒng)。ADRF5545A/ADRF5547/ADRF5549系列涵蓋1.8 GHz至5.3 GHz的蜂窩頻段，專為M-MIMO天線接口而設(shè)計(jì)。該新系列器件在硅工藝中集成了高功率開關(guān)，在砷化鎵工藝中集成了高性能低噪聲放大器，可提供高射頻功率處理能力以及高集成度，沒有任何妥協(xié)，這意味著它是兩全其美的。

雙通道架構(gòu)

用于M-MIMO RF前端設(shè)計(jì)的ADRF5545A/ADRF5547/ADRF5549應(yīng)用框圖如圖1所示。該器件具有包含高功率開關(guān)的通道，后跟兩級(jí)LNA。在收發(fā)器的接收模式操作期間，開關(guān)將輸入信號(hào)路由到LNA輸入。在發(fā)射模式下，輸入被路由到50 Ω端接，以確保與天線接口正確匹配，并將LNA與天線的任何反射功率隔離開來。集成的雙通道架構(gòu)使設(shè)計(jì)人員能夠輕松擴(kuò)展其MIMO，以超過傳統(tǒng)設(shè)備的8×8（8個(gè)發(fā)射器×8個(gè)接收器）配置的限制，達(dá)到16×16、32×32、64×64甚至更高。

圖1.M-MIMO 射頻前端框圖

寬工作帶寬

每個(gè)器件的ADRF5545A/ADRF5547/ADRF5549增益特性及其各自的頻率覆蓋范圍如圖2所示。器件針對(duì)常用蜂窩頻段進(jìn)行了優(yōu)化，并與同一設(shè)計(jì)中使用的其他調(diào)諧元件（如功率放大器和濾波器）對(duì)齊。

圖2.ADRF5545A/ADRF5547/ADRF5549增益特性

大功率保護(hù)開關(guān)

該器件集成了采用硅工藝設(shè)計(jì)的高功率開關(guān)，無需任何外部元件即可產(chǎn)生偏置。該開關(guān)采用5 V單電源供電，電流消耗僅為10 mA，可直接與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字微控制器接口，無需任何負(fù)電壓或電平轉(zhuǎn)換器。與使用基于PIN二極管的開關(guān)相比，硅開關(guān)可為用戶節(jié)省約80%的偏置功耗和90%的電路板面積。

該開關(guān)在連續(xù)運(yùn)行時(shí)可處理 10 W 平均 RF 信號(hào)和 9 dB 峰均比 （PAR），并且在故障條件下可承受兩倍額定功率。ADRF5545A/ADRF5547/ADRF5549是市場(chǎng)上首款具有10 W功率處理能力的產(chǎn)品，非常適合高功率M-MIMO設(shè)計(jì)。如果可以從每個(gè)天線元件傳輸更多功率，則可以減少發(fā)射通道的數(shù)量，以便從基站獲得相同的RF功率。ADRF5545A/ADRF5547/ADRF5549架構(gòu)如圖3所示，兩個(gè)通道的高功率開關(guān)由同一器件引腳供電和控制。LNA的電源和控制信號(hào)是分開的。

圖3.ADRF5545A/ADRF5547/ADRF5549電路架構(gòu)

低噪聲系數(shù)

兩級(jí)LNA采用GaAs工藝設(shè)計(jì)，由5 V單電源供電，不需要任何外部偏置三通電感。增益在整個(gè)頻率范圍內(nèi)具有平坦特性，在高增益和低增益模式下分別可編程為32 dB和16 dB。該器件還具有低功耗模式以節(jié)省偏置功耗，LNA可在發(fā)射操作期間斷電。該器件的噪聲系數(shù)為 1.45 dB，包括開關(guān)的插入損耗，非常適合高功率和低功耗 M-MIMO 系統(tǒng)。圖4顯示了ADRF5545A/ADRF5547/ADRF5549在指定頻段內(nèi)的噪聲系數(shù)性能。

圖4.ADRF5545A/ADRF5547/ADRF5549噪聲系數(shù)

緊湊的尺寸，最少的外部元件集

除了電源引腳上的初級(jí)去耦電容和RF信號(hào)引腳上的隔直電容外，該器件不需要任何調(diào)諧或匹配元件。RF輸入和輸出匹配50 Ω。LNA在設(shè)計(jì)中集成了匹配電感和偏置電感。這減少了電感器等昂貴元件的物料清單，但也簡(jiǎn)化了相鄰收發(fā)器之間通道間串?dāng)_的硬件設(shè)計(jì)。該器件采用 6 mm ×6 mm 表面貼裝封裝，帶有散熱增強(qiáng)型底部焊盤。該器件的額定工作溫度范圍為 –40°C 至 +105°C。 所有三個(gè)部件都組裝在相同的封裝中，并具有相同的引腳排列。它們可以在同一電路板上互換使用.該器件如圖5所示安裝在其評(píng)估板上。ADI公司可直接或通過其分銷商提供評(píng)估板。

圖5.ADRF5545A/ADRF5547/ADRF5549評(píng)估板。

審核編輯：郭婷