Qorvo——GaN瞄准3.5 GHz，走向5G

无线网络基础设施需求料将继续快速增长。为了适应和满足这些需求，无线通信基础设施不断发展。网络运营商则一如既往地致力在成本、容量、覆盖率、用户体验质量、可靠性、功能性、互操作性、频谱效率、移动性等诸多方面取得持续改进。

这并不意味着需求微不足道。思科报告显示，2014年，移动流量增长了69%，每月达2.5EB。如果用另一种说法来表述这一级别的数据传输速率，那就是，在2014年，移动流量接近2000年全球互联网流量的30倍。据预测，到2019年，月均数据速率将达当前速率的10倍，增至每月24 EB。促进数据流量增长的因素既包括传统移动用户，也包括各类数据连接（所谓物联网(IoT)）的预期增长。对额外网络容量的需求似乎永无止境，随着LTE在世界各地不断普及，网络运营商已经计划迎接移动网络的下一次重大演进–5G。

5G是第五代移动基础设施网络，融合了多项网络技术进步，也承载了人们的诸多期望。就如前几代网络一样，5G预计将进一步提高频谱效率，支持更多用户，提供更高的数据速率，并改善用户体验。网络运营商到底以什么方式打造5G体验，尚不得而知；但很清楚的是，所有网络运营商都有着一个共同的需求，那就是以更多的带宽满足不断增长的网络需求。利用额外的频谱是下一代网络系统的一大要求，也是其重点之一。众多研发项目涵盖了全部频段：低频空白电视信号频段；2.4和5 GHz未许可频段；15、28-30、50、60和71-86 GHz的现有点对点和点对多点频段（E频段）；以及3.5 GHz。每个频段各有利弊，并且随着异构网络的不断延伸，下一代网络解决方案很可能将涵盖所有这些频段。

3.5 GHz的魅力

3.5 GHz频段为满足不断增长的频谱需求提供了一种现实可行的解决方案，网络运营商无需等待5G解决方案。对硬件制造商来说，与频率更高的替代方案相比，3.5 GHz解决方案所需设计平台与现有的传统蜂窝频段非常相似。

3.5 GHz总共提供200 MHz的频谱，范围为3.4-3.6 GHz；在全球多数地区，该频段都是可用的，并且被公认为潜在的TDD全球协调频段。在移动基础设施3.5 GHz技术的运用方面，日本走在前列，而最近报道显示，中国的现场试验也是不断增多。欧洲早已分配了固定宽带频段；移动基础设施有望在未来运用中占据主导地位。由于部分频段供雷达使用，因此，美国在与世界其他地区协调频段时面临着更多的困难。然而，FCC最近面向商业用途开放了100 MHz频段，即最新流行的"创新频段"。鉴于这些频谱分配情况，3.5 GHz将在未来的网络扩张中发挥关键作用，既有可能用于载波聚合，也可能独立发挥作用。

这些新动向将带着一个共同的主题继续下去，即网络密度将不断增大。不断增大的网络密度采用的是一种分层模式，即通过安装多个接入层的方式来提高高流量区域的容量。根据覆盖区域的室内或室外性质，现有基站可提供各种功率水平，具体情况往往因制造商而异：

• 毫微微蜂窝，不到0.25 W；

• 微微蜂窝，0.25-0.5 W；

• 微蜂窝，1-5 W；

• 城域蜂窝，5-10 W；以及

• 传统宏蜂窝，10 W以上。

借助多种多样的功率水平，运营商可以获得极大的灵活性，能够在网络中搭建体积更小、密度更大、容量更高的覆盖区域。起初，3.5 GHz被认为是仅适用于小型蜂窝基站的理想方案，但目前来看，它有望在各个功率水平实现部署，为网络运营商带来一种全层次的解决方案。

设计考虑因素

为了响应对室外3.5 GHz解决方案不断增长的需求，Qorvo已着眼于1、2和20 W天线参考平面平均输出功率，开发新型GaN放大器产品和Doherty功率放大器参考设计。将来则会面向10 W城域蜂窝和40 W宏蜂窝解决方案进行开发。GaN是该频段的理想选择，因为它具有高增益、高功率密度和高效率的特点，在性能上远远优于竞争技术。此类设计采用了Qorvo的栅宽极长度为0.25 µm的100 mm（4英寸）晶圆碳化硅基氮化镓工艺。Qorvo丰富的工艺选项为小型蜂窝应用提供了28-32 V的工作电压方案支持，为宏蜂窝应用提供了48 V的工作电压方案支持。过去几年中，100 mm GaN的成本已大幅下降，而计划中的150 mm（6英寸）晶圆过渡方案还会进一步降低成本。

相比栅极宽长度更宽长（如0.5 µm）的GaN工艺，0.25 µm GaN拥有更高的增益和工作频率。为了使功率放大器产品（包括驱动器和前置驱动器级）维持高效率，最终Doherty放大器（3.5 GHz频段的绝佳选择）的增益需要尽量高。与GaAs或硅相比，GaN的高功率密度有利于降低Cds漏极-源极电容，从而提高带宽。借助器件的低Cds