O 5G é uma das tecnologias mais importantes e poderosas que já chegaram no mercado do campo das comunicações sem fio. Oferecendo melhorias significativas nas taxas de dados, latência e capacidade em comparação com o 4G, o 5G está pronto para ser uma tecnologia verdadeiramente transformadora na indústria e no mundo.
No entanto, essas melhorias radicais de desempenho geram um esforço e requisitos maiores para o hardware de radiofrequência (RF) subjacente. Uma das peças mais instrumentais do hardware de RF é o amplificador de potência (PA), dispositivo cuja importância só aumentou com a proliferação do 5G. Para ajudar a aliviar os desafios de projetar PAs de RF para 5G, os módulos amplificadores de potência (PAMs) se tornaram uma ferramenta importante nos últimos anos.
Neste artigo, falaremos sobre PAs, seu papel no 5G e como a Qorvo aproveita os PAMs para ajudar a suportar a infraestrutura 5G do futuro.
O que é um Amplificador de Potência?
Ao trabalhar com sinais de RF, especialmente nas bandas de frequência mais altas de 5G, os níveis de tensão podem ser extremamente baixos. Isso é um desafio porque o sinal eletromagnético (EM), em amplitudes mais baixas, se torna mais suscetível aos efeitos do ruído no nível do sistema (ou seja, a relação sinal-ruído diminui). Além disso, os sinais de baixa tensão geralmente não têm a força necessária para conduzir os circuitos ou antenas a diante.
Para enfrentar esses desafios, os engenheiros usam PAs. Um RF PA é um bloco de circuito que serve para aumentar a amplitude, a potência de saída ou a capacidade de acionamento de um sinal de RF. Geralmente, os PAs de RF vivem perto das antenas do sistema para garantir o uso de uma antena transmissora com um sinal de alta potência.
Com um PA, o objetivo é aumentar o sinal mantendo um alto nível de fidelidade da entrada à saída. Por essas razões, linearidade, eficiência e potência de saída são especificações importantes para um PA.
Desafios de projeto de Amplificadores de Potência
Historicamente, os PAs e seus circuitos circundantes foram projetados usando componentes discretos em uma placa. Embora essa abordagem tenha servido à indústria por muitos anos, a eficácia dela está sendo questionada à medida que surgem vários desafios de projeto não triviais.
Um desses desafios é conseguir equilibrar as compensações entre área, custo, desempenho e consumo de energia. Geralmente, essas especificações tendem a entrar em conflito umas com as outras, e os projetistas devem saber como otimizar seus circuitos para equilibrar as compensações de maneira ideal para sua determinada aplicação. Equilibrar essas compensações é cada vez mais difícil quando consideramos usar componentes discretos como seleção de peças, interoperabilidade de componentes e desempenho de impacto de layout.
Isso é ainda mais confuso quando se muda para 5G, onde os sistemas precisam cobrir larguras de banda mais amplas e faixas de frequência mais altas. Os sistemas atuais exigem uma largura de banda instantânea média de até 400 MHz enquanto operam em frequências de até 4 GHz. O desafio agora é manter as compensações do sistema acima mencionadas e, ao mesmo tempo, fornecer desempenho nessa banda de frequência.
Soluções com um PAM
Para enfrentar esses desafios, a Qorvo recorreu aos PAMs.
O PAM é um componente eletrônico que integra os componentes discretos em um PA e seus circuitos circundantes em uma única solução empacotada. Por exemplo, na aplicação de uma estação base 5G, um PAM pode integrar o amplificador de acionamento e o amplificador de estágio final em um único pacote, em vez de implementá-los como blocos de circuitos discretos. Ao integrar todo o sistema PA em um único módulo, podemos alcançar muitos resultados importantes (Figura 1).
Primeiro, os PAMs tornam o projeto de sistemas de RF, como estações base, significativamente mais fáceis do que a opção discreta. Em vez de selecionar componentes e projetar um circuito discreto, os projetistas podem selecionar um módulo que atenda às suas necessidades e implementá-lo em seu sistema como um todo.
Além disso, os PAMs podem oferecer melhor desempenho e área quando comparados a soluções não modulares. Ao integrar os componentes, as preocupações de layout, como parasitas, podem ser minimizadas, resultando em maior desempenho e eficiência. Os Qorvo PAMs também abordam considerações como correspondência de impedância para o projetista, garantindo que o desempenho máximo seja atingível.
Por fim, essa integração permite, em média, sistemas menores, economizando peso e área para os usuários no projeto final do sistema.
Experiência PAM da Qorvo
A Qorvo oferece o maior e mais inovador portfólio de GaN-on-SiC do setor para ajudar os usuários a obter eficiência e largura de banda operacional superiores. Os produtos GaN-on-SiC oferecem alta densidade de potência, tamanho reduzido, excelente ganho, alta confiabilidade e maturidade do processo. A Qorvo reconhece a importância dos PAMs no futuro dos projetos de sistemas 5G e está trabalhando para trazer soluções líderes do setor para o mercado. Os PAMs da Qorvo visam oferecer um equilíbrio de potência, eficiência, tamanho e custo, tornando o projeto o mais fácil possível para os usuários.
Artigo escrito por Shawn Gibb e publicado no blog da Mouser Electronics: Power Amplifier Modules and Their Role in 5G Design
Traduzido pela Equipe Embarcados. Visite a página da Mouser Electronics no Embarcados
(*) este post foi patrocinado pela Mouser Electronics
