เครื่องขยายสัญญาณเสียงความถี่วิทยุ (RF) เป็นส่วนประกอบสำคัญในระบบการสื่อสาร อุตสาหกรรม การบินและอวกาศ และการป้องกันสมัยใหม่ เนื่องจากข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง วิศวกรจึงมักต้องเผชิญกับการตัดสินใจที่สำคัญ: พวกเขาควรเลือกเทคโนโลยีแกลเลียมไนไตรด์ (GaN) หรือ LDMOS หรือไม่

เทคโนโลยีทั้งสองได้สร้างจุดยืนในอุตสาหกรรม RF แต่แต่ละเทคโนโลยีก็มีข้อดีเฉพาะตัว ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดการใช้งาน

เทคโนโลยี LDMOS คืออะไร?

LDMOS (เซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์กระจายด้านข้าง) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องขยายสัญญาณเสียง RF มานานหลายทศวรรษ เป็นเทคโนโลยีที่สมบูรณ์และคุ้มค่าซึ่งพบได้ทั่วไปในโครงสร้างพื้นฐานโทรศัพท์มือถือ ระบบกระจายเสียง และอุปกรณ์ RF ทางอุตสาหกรรม

√ เทคโนโลยีที่เติบโตเต็มที่: ทศวรรษของการผลิตจำนวนมาก กระบวนการที่มีเสถียรภาพ อัตราผลตอบแทนสูง และห่วงโซ่อุปทานที่แข็งแกร่ง

√ ความคุ้มค่าสูง: ต้นทุนต่ำสำหรับชิป บรรจุภัณฑ์ และวงจรรองรับ เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก

√ ความเป็นเชิงเส้นที่ดีเยี่ยม: การบิดเบือนของแอมพลิฟายเออร์กำลังต่ำ เหมาะสำหรับการใช้งาน RF เชิงเส้น เช่น การแพร่ภาพกระจายเสียงและสถานีฐานมาโคร

√ ความน่าเชื่อถือสูง: ทนต่อไฟกระชาก ทนทานตามอายุการใช้งาน และทนทานต่อสภาวะการทำงานที่รุนแรง โดยมีอัตราความล้มเหลวต่ำมาก

× ขีดจำกัดความถี่ต่ำ: เหมาะสำหรับแถบความถี่ต่ำและ Sub-3GHz เท่านั้น การสูญเสียความถี่สูงส่งผลให้ประสิทธิภาพลดลงอย่างมาก

× ความหนาแน่นของพลังงานต่ำ: ขนาดชิปใหญ่ ทำให้การย่อขนาดอุปกรณ์ทำได้ยาก

× การสูญเสียสวิตช์สูง: ประสิทธิภาพลดลงอย่างมากภายใต้อุณหภูมิสูงและโหลดสูง

เทคโนโลยี GaN คืออะไร?

แกลเลียมไนไตรด์ (GaN) เป็นเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์แบบแถบความถี่กว้างที่ได้รับความนิยมอย่างรวดเร็วในการใช้งาน RF ประสิทธิภาพสูง เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุเซมิคอนดักเตอร์แบบดั้งเดิม อุปกรณ์ GaN สามารถทำงานได้ที่แรงดันไฟฟ้า อุณหภูมิ และความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้น

√ ประสิทธิภาพความถี่สูงที่ยอดเยี่ยม: ครอบคลุมคลื่นความถี่หลายสิบ GHz เข้ากันได้อย่างสมบูรณ์แบบกับคลื่น 5G มิลลิเมตรและเรดาร์อาเรย์แบบแบ่งเฟส

√ ความหนาแน่นของพลังงานสูงมาก: ที่กำลังไฟเท่ากัน ปริมาตรของมันจะอยู่ที่ 1/3 ถึง 1/5 ของ LDMOS เท่านั้น ส่งผลให้อุปกรณ์มีขนาดเล็กลงอย่างมาก

√ ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่สูงขึ้น: การนำไฟฟ้าและการสูญเสียการสลับต่ำมาก การสร้างความร้อนน้อยลง และการใช้พลังงานโดยรวมลดลง

√ ประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูงที่ยอดเยี่ยม: ลักษณะแถบความถี่ที่กว้าง พร้อมการเสื่อมประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูงน้อยกว่าอุปกรณ์ที่ใช้ซิลิคอนมาก

× ต้นทุนที่สูงขึ้น: ต้นทุนเวเฟอร์และบรรจุภัณฑ์สูงกว่า LDMOS แบบเดิม

×เกณฑ์การออกแบบที่สูงขึ้น: อุปกรณ์มีความไวต่อไฟฟ้าสถิต ซึ่งต้องการโครงร่างวงจรและการออกแบบการระบายความร้อนที่เข้มงวดมากขึ้น

กาน VS LDMOS

พลัง

โดยทั่วไปอุปกรณ์ GaN จะให้ความหนาแน่นพลังงานที่สูงกว่าอุปกรณ์ LDMOS อย่างมาก

แบนด์วิธ

ระบบ RF สมัยใหม่จำนวนมากจำเป็นต้องมีการทำงานข้ามคลื่นความถี่หลายย่าน โดยทั่วไปเทคโนโลยี GaN รองรับการออกแบบแบนด์วิธที่กว้างขึ้น ทำให้นักพัฒนาระบบมีความยืดหยุ่นมากขึ้น

ประสิทธิภาพ

ประสิทธิภาพส่งผลโดยตรงต่อต้นทุนการดำเนินงานและข้อกำหนดการจัดการระบายความร้อน แอมพลิฟายเออร์ GaN มักจะได้รับประสิทธิภาพการระบายที่สูงขึ้น ซึ่งช่วยลดการใช้พลังงานและการสร้างความร้อน

การพิจารณาต้นทุน

LDMOS ยังคงเป็นตัวเลือกที่สามารถแข่งขันได้สำหรับโครงการที่คำนึงถึงต้นทุน สำหรับแอปพลิเคชันที่ไม่ต้องการประสิทธิภาพขั้นสูงสุด LDMOS อาจยังคงให้ความสมดุลที่น่าสนใจระหว่างต้นทุนและฟังก์ชันการทำงาน

เมื่อเลือก GaN และ LDMOS ?

แอลดีมอส

· งบประมาณคือประเด็นหลัก

· ความถี่ในการทำงานค่อนข้างต่ำ

· แนะนำให้ใช้การออกแบบแบบดั้งเดิมที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว

กาน

· ต้องการประสิทธิภาพสูงสุด
· ต้องลดพื้นที่และน้ำหนักให้เหลือน้อยที่สุด
· จำเป็นต้องมีการใช้งานย่านความถี่กว้าง
· กำลังไฟฟ้าเอาต์พุตสูงเป็นสิ่งสำคัญ

บทสรุป

LDMOS จะไม่ถูกกำจัด มันจะยังคงเป็นราชาแห่งความคุ้มค่าในการใช้งานความถี่ต่ำถึงกลาง ต้นทุนต่ำ และเชิงเส้นสูง ในทางกลับกัน GaN แสดงถึงทิศทางการอัพเกรดในอนาคตสำหรับอุปกรณ์ความถี่สูง ขนาดเล็ก และประสิทธิภาพสูง และกำลังค่อยๆ เข้ามาแทนที่ตลาด RF ระดับไฮเอนด์

ทั้งสองไม่ได้ต่อต้านการเข้ามาแทนที่ แต่ต่างปกป้องดินแดนของตนเอง ส่งเสริมและอยู่ร่วมกัน