5G 및 GaN:미래 혁신

GaN이 아직 비교적 젊은 기술이라는 사실을 잊기 쉽습니다. 우리는 여전히 개선과 개선을 위한 많은 잠재력을 가진 개발의 첫 몇 세대 안에 있습니다. 이 기사에서는 앞으로 몇 가지 GaN 혁신을 살펴보고 향후 몇 년 동안 기지국에 전력을 공급하는 데 미치는 영향을 예측합니다.

전력 밀도

우리는 향후 3~5년 동안 GaN의 이미 상당한 전력 밀도 기능이 개선될 것으로 기대합니다. 오늘날 GaN을 사용하여 더 높은 전력 밀도를 달성하는 방법이 이미 있지만 상업적인 관점에서 실현 가능하지 않은 경우 비용이 극심합니다. 예를 들어 탄화규소 대신 다이아몬드 위에 GaN을 놓는 것입니다. 가능하지만 비용으로 인해 기지국에서는 현실적이지 않습니다. 그러나 앞으로 몇 년 동안 재료의 원시 전력 밀도를 향상시킬 다른 비용 효율적인 프로세스가 연구되고 있습니다.

5G 인프라 시장의 매력은 분명합니다. 더 저렴하고 효율적이며 더 넓은 대역폭의 기지국입니다. 다른 업계에서도 뜨거운 관심을 받고 있습니다. 특히 레이더 애플리케이션은 주어진 공간 내에서 가능한 한 많은 전력과 효율성을 생성하는 데 초점을 맞추므로 이점이 있습니다. 이러한 하위 시장에서 GaN이 확산됨에 따라 규모의 경제가 증가하고 가격대는 계속 하락할 것입니다.

선형성

의심의 여지 없이 GaN 반도체 산업의 기지국에 대한 가장 큰 우선 순위는 선형 전력을 높이는 것입니다. R&D 노력은 모두 향후 몇 년 동안 선형 효율성을 추구하는 데 집중됩니다.

동시에 기지국 변조 방식이 향후 3~5년 동안 크게 변하지 않을 것으로 예상합니다. 헤르츠당 비트 수의 간단한 계산으로 나뉩니다. 256 QAM을 실행하든 1024 QAM을 실행하든 시스템은 대역폭 헤르츠당 특정 수의 비트를 얻게 됩니다. 이러한 수치가 크게 변하지 않을 경우 시스템에서 더 많은 것을 생성하는 이상적인 방법은 선형 효율성 개선을 통하는 것입니다.

그렇다고 해서 기본 장치에서 증가된 전력으로 해결할 수 없다는 것은 아닙니다. 선형성 개선이 없더라도 PA의 전체 전력 효율성은 여전히 ​​신호 개선을 제공합니다. 또한 더 적은 시스템 전력과 더 적은 안테나 어레이가 필요하기 때문에 설계자가 시스템을 축소하는 데 도움이 됩니다. 추가 전력 또는 2단계 솔루션이 작동하는 동안 업계의 GaN 공급업체의 목표는 트래핑 효과를 줄여 시스템을 최대한 단순하게 만드는 것입니다.

온도

기지국의 온도는 시간이 지남에 따라 계속 상승하고 있습니다. 5년 전 표준은 장치를 85°C로 사양하는 것이었습니다. OEM은 이를 105°C까지 끌어올렸고 기지국 설계자는 125°C의 온도를 수용해야 할 것으로 예상됩니다. 대부분의 GaAs 장치의 최대 온도는 150°C이며, 이는 내부에서 작동할 수 있는 온도가 25°C에 불과합니다. GaN 공급업체는 시스템 설계자와 긴밀하게 협력하여 임베디드 요소를 더 차갑게 유지하는 창의적인 방법을 찾아야 합니다. 이 압력은 대규모 MIMO 어레이가 있는 더 작은 실외 장치에서 더 심각할 것입니다. 오늘날 창의적인 솔루션이 존재하지만 비용 효율적인 가격은 아닙니다. 향후 몇 년 동안 이러한 변화가 예상됩니다.

전체적인 솔루션

모든 GaN 공급업체는 예를 들어 트래핑, 전류 붕괴 및 전류 드리프트의 부정적인 영향을 줄이는 동시에 선형 효율성, 전력 밀도 및 신뢰성을 개선하기 위해 GaN 장치 물리학을 미세 조정합니다. 이는 기기 수준에서 어느 정도 수행할 수 있지만 잠재력을 최대한 발휘하려면 전체 아키텍처 체인과 함께 기지국 RFFE 시스템을 개발해야 합니다. 오늘날 우리는 많은 미래 지향적인 활동을 보고 있습니다.

이는 산업이 LDMOS에서 GaN 솔루션으로 이동함에 따라 특히 중요합니다. 기술은 근본적으로 다릅니다. GaN PA로 대체하고 10포인트 더 나은 효율성을 기대하는 것만큼 간단하지 않습니다. 다양한 시스템 문제와 솔루션이 있습니다. LDMOS에 최적화된 기지국은 GaN PA에 적합하지 않을 수 있으며, 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. GaN에 대한 기지국 시스템 최적화는 전체적으로 수행되어야 합니다.

우리는 지금 이러한 추세를 보기 시작했으며 성능 결과가 말해주는 것처럼 향후 몇 년 동안 더 널리 채택될 것으로 기대합니다. 이러한 전체적인 디자인 격차를 해소하기 위해 공급업체와 협력하는 임베디드 디자이너는 스스로를 업계 리더로 자리매김하게 될 것입니다. 물론 OEM은 이미 시스템 수준 접근 방식을 사용하고 있다고 말할 것입니다. 우리는 그 사실을 주장하지 않을 것이지만, 특히 체인의 RF 부분이 더 똑똑해지고 더 통합됨에 따라 더 많은 이득을 얻을 수 있다고 믿습니다.

스마트 RF 및 인공 지능

트랩 완화는 모든 반도체 재료의 문제였으며 GaN도 예외는 아닙니다. 고속 스위칭 애플리케이션은 GaN 전력 증폭기를 위한 매우 까다로운 트래핑 환경을 생성할 수 있습니다. PA 동작은 PA가 수신한 이전 신호에 따라 달라질 수 있으므로 이러한 트래핑 효과를 해결하는 것은 복잡할 수 있습니다. 전통적인 접근 방식은 문제가 있는 동작을 일으키는 원인을 해결하기 위해 기판까지 물리적 레이어에서 문제를 해결하는 것입니다. 현재 기술은 아직 이러한 방식으로 트래핑을 완전히 완화할 수 없었지만 항상 R&D 연구 중입니다.

또 다른 방법은 소프트웨어 알고리즘을 사용하여 트래핑으로 이어지는 변동을 예측하는 것입니다. 스마트 RF 컨트롤러와 기존 조건에 대한 깊은 이해를 통해 장치는 잠재적으로 트래픽 패턴을 식별하고 활동의 다음 급증을 예측할 수 있습니다. 또는 활동 감소를 인식하고 컨트롤러 수준에서 변경하여 전력 소비를 줄입니다. 이것은 기지국에서 수년 동안 수행되었지만 기술을 개선하기 위한 지속적인 노력이 진행 중입니다.

이것이 OEM이 무선 수준에서 인공 지능 구현을 고려하는 이유입니다. RFFE 시스템은 시간이 지남에 따라 스스로를 최적화할 수 있습니다. 이론적으로 현장의 라디오에서 오류가 발생하면 오류를 자체적으로 식별하고 오류에서 '학습'할 수 있습니다. 그런 다음 다음 번에 오류를 생성한 일련의 이벤트를 방지하거나 잠재적으로 수정할 수 있습니다. 운송업체에 플래그를 지정하고 트럭을 보내며 경미한 문제를 해결하기 위해 직원을 타워에 배치할 필요가 없습니다. 상상할 수 있듯이 이렇게 하면 상당한 가동 중지 시간과 비용을 방지할 수 있습니다.

6G

5G는 아직 초기 단계에 있지만 6G에 대한 논의는 이미 시작되고 있습니다. 초기 예측에 따르면 6G는 GaN이 지원하는 것으로 알려진 주파수인 100Ghz가 훨씬 넘는 주파수 대역에서 제공될 것입니다. 이러한 유형의 솔루션은 기존의 기지국 배치가 아닐 가능성이 높지만 어떤 형태를 취하든 고주파수 및 넓은 대역폭에서 GaN의 효율성이 6G를 현실로 만드는 데 중요하다고 믿습니다.

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