隨著5G時(shí)代的到來(lái)，多輸入多輸出(MIMO)收發(fā)器架構(gòu)正在成為高功率RF無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。尤其在城市地區(qū)，覆蓋蜂窩頻段的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)正逐步部署，以滿足日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)吞吐量和新型業(yè)務(wù)需求。高度集成的單芯片射頻收發(fā)器解決方案，如ADI推出的ADRV9008/ADRV9009產(chǎn)品系列，為這一成就提供了強(qiáng)有力的支持。然而，為了進(jìn)一步提升系統(tǒng)的效率和性能，RF前端部分的集成同樣重要。

集成化推動(dòng)進(jìn)步

在RF前端部分實(shí)現(xiàn)類似的集成有助于降低功耗，改善熱管理，并減少物理尺寸，從而允許更多的MIMO通道集成在同一設(shè)備中。盡管MIMO架構(gòu)能夠放寬對(duì)放大器和開關(guān)等組件的RF功率要求，但隨著并行收發(fā)器通道數(shù)量的增加，外圍電路的復(fù)雜性和功耗也隨之上升。ADI采用硅技術(shù)開發(fā)的高功率開關(guān)專為簡(jiǎn)化RF前端設(shè)計(jì)而生，旨在消除對(duì)外圍電路的需求并將功耗降至最低。

TDD系統(tǒng)中的應(yīng)用

在時(shí)分雙工(TDD)系統(tǒng)中，天線接口集成了開關(guān)功能，用于隔離接收器輸入免受發(fā)送信號(hào)的影響。這種開關(guān)可以直接應(yīng)用于天線接口（適用于較低功率系統(tǒng)），或在接收路徑中使用（針對(duì)較高功率應(yīng)用），以確保正確連接至雙工器。在開關(guān)輸出上設(shè)置一個(gè)并聯(lián)支路可以顯著提高隔離性能。

硅開關(guān) vs. PIN二極管開關(guān)

傳統(tǒng)上，基于PIN二極管的開關(guān)因其低插入損耗和高功率處理能力而被廣泛使用。但在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，它們需要高偏置電壓來(lái)提供反向偏置（用于隔離）和高電流來(lái)提供正向偏置（用于實(shí)現(xiàn)低插入損耗），這成為了其缺點(diǎn)之一。相比之下，ADI的高功率硅開關(guān)運(yùn)行于單5V電源下，偏置電流小于1mA，無(wú)需外部組件或接口電路，大大降低了功耗，并在系統(tǒng)級(jí)層面支持更好的熱管理。

圖1展示了ADI硅開關(guān)的內(nèi)部電路架構(gòu)，基于FET的電路能夠在低偏置電流和低電源電壓下工作，不僅實(shí)現(xiàn)了更低的功耗，還提高了隔離性能。此外，與基于PIN二極管的開關(guān)相比，ADI的硅開關(guān)占用的PCB面積不到其十分之一（見圖5），簡(jiǎn)化了電源需求，且無(wú)需高功率電阻器。

圖1

圖2

ADI 推出的高功率硅開關(guān)系列

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結(jié)論

ADI的硅開關(guān)技術(shù)為RF設(shè)計(jì)人員和系統(tǒng)架構(gòu)師提供了更大的靈活性，使他們能夠提升系統(tǒng)的復(fù)雜度而不必?fù)?dān)心RF前端成為瓶頸。通過(guò)減少功耗、縮小尺寸以及簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，這些開關(guān)不僅促進(jìn)了更高效的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，也為未來(lái)的5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。對(duì)于追求高性能和緊湊設(shè)計(jì)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，ADI的硅開關(guān)無(wú)疑是理想的選擇。