多輸入、多輸出（MIMO）收發(fā)器架構(gòu)廣泛用于高功率RF無(wú)線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。作為邁入5G時(shí)代的一步，覆蓋蜂窩頻段的大規(guī)模MIMO系統(tǒng)目前正在城市地區(qū)進(jìn)行部署，以滿足用戶對(duì)于高數(shù)據(jù)吞吐量和一系列新型業(yè)務(wù)的新興需求。高度集成的單芯片射頻收發(fā)器解決方案（例如，ADI新推出的ADRV9008/ADRV9009產(chǎn)品系列）的面市促成了此項(xiàng)成就。在此類系統(tǒng)的RF前端部分仍然需要實(shí)現(xiàn)類似的集成，意在降低功耗（以改善熱管理）和縮減尺寸（以降低成本），從而容納更多的MIMO通道。

　　MIMO架構(gòu)允許放寬對(duì)放大器和開(kāi)關(guān)等構(gòu)建模塊的RF功率要求。然而，隨著并行收發(fā)器通道數(shù)目的增加，外圍電路的復(fù)雜性和功耗也相應(yīng)升高。ADI采用硅技術(shù)的新型高功率開(kāi)關(guān)專為簡(jiǎn)化RF前端設(shè)計(jì)而研發(fā)，免除外圍電路的需要并將功耗降至可忽略不計(jì)的水平。ADI采用硅技術(shù)的新型高功率開(kāi)關(guān)為RF設(shè)計(jì)人員和系統(tǒng)架構(gòu)師提供了提高其系統(tǒng)復(fù)雜度的靈活性，且不會(huì)讓RF前端成為其設(shè)計(jì)瓶頸。

　　在時(shí)分雙工（TDD）系統(tǒng)中，天線接口納入了開(kāi)關(guān)功能，以隔離和保護(hù)接收器輸入免受發(fā)送信號(hào)功率的影響。該開(kāi)關(guān)功能可直接在天線接口上使用（在功率相對(duì)較低的系統(tǒng)中，如圖1所示），或在接收路徑中使用（針對(duì)較高功率應(yīng)用，如圖2所示），以保證正確接至雙工器。在開(kāi)關(guān)輸出上設(shè)有一個(gè)并聯(lián)支路將有助改善隔離性能。

　　圖1.天線開(kāi)關(guān)。

　　圖2.LNA保護(hù)開(kāi)關(guān)。

　　基于PIN二極管的開(kāi)關(guān)具備低插入損耗特性和高功率處理能力，一直是  解決方案。然而，在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，它們需要高偏置電壓以施加反向偏置（用于提供隔離）和高電流以施加正向偏置（用于實(shí)現(xiàn)低插入損耗），這就變成了缺點(diǎn)。圖3示出了一款用于基于PIN二極管的開(kāi)關(guān)及其外設(shè)的典型應(yīng)用電路。三個(gè)分立的PIN二極管通過(guò)其偏置電源電路施加偏置，并通過(guò)一個(gè)高電壓接口電路進(jìn)行控制。

　　圖3.PIN二極管開(kāi)關(guān)。

　　ADI的新款高功率硅開(kāi)關(guān)更適合大規(guī)模MIMO設(shè)計(jì)。它們依靠單5V電源供電運(yùn)行，偏置電流小于1mA，并且不需要外部組件或接口電路。圖4中示出了內(nèi)部電路架構(gòu)。基于FET的電路可采用低偏置電流和低電源電壓工作，因而將功耗拉低至可忽略的水平，并可在系統(tǒng)級(jí)上幫助熱管理。除了易用性之外，該器件架構(gòu)還可提供更好的隔離性能，因?yàn)樵赗F信號(hào)路徑上納入了更多的并聯(lián)支路。

　　o4YBAGA8XryAEeEhAAE6CkrQM3w746.png

　　圖4.ADRV9008/ADRV9009硅開(kāi)關(guān)。

　　圖5并排對(duì)比了單層PCB設(shè)計(jì)上基于PIN二極管的開(kāi)關(guān)和新型硅開(kāi)關(guān)的印刷電路板（PCB）原圖。與基于PIN二極管的開(kāi)關(guān)相比，硅開(kāi)關(guān)所占用的PCB面積不到其1/10。它簡(jiǎn)化了電源要求，且不需要高功率電阻器。

　　圖5.基于PIN二極管的開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)與硅開(kāi)關(guān)的并排比較。

　　ADI的高功率硅開(kāi)關(guān)能夠處理高達(dá)80W的RF峰值功率，這足以滿足大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的峰值平均功率比要求，并留有裕量。表1列出了ADI專為不同的功率級(jí)別和各種封裝類型而優(yōu)化的高功率硅開(kāi)關(guān)系列。這些器件繼承了硅技術(shù)的固有優(yōu)勢(shì)，而且與替代方案相比，可實(shí)現(xiàn)更好的ESD堅(jiān)固性和降低部件與部件間的差異。

　　表1.ADI新推出的高功率硅開(kāi)關(guān)系列

　　大規(guī)模MIMO系統(tǒng)將繼續(xù)發(fā)展，并將需要進(jìn)一步提高集成度。ADI的新型高功率硅開(kāi)關(guān)技術(shù)很適合多芯片模塊（MCM）設(shè)計(jì)，將LNA一起集成，以提供面向TDD接收器前端的完整、單芯片解決方案。另外，ADI還將調(diào)高新設(shè)計(jì)的頻率，并將引領(lǐng)針對(duì)毫米波5G系統(tǒng)的相似解決方案。隨著ADI將其高功率硅開(kāi)關(guān)產(chǎn)品系列擴(kuò)展到了X波段頻率和更高的常用頻段，電路設(shè)計(jì)人員和系統(tǒng)架構(gòu)師還將在其他應(yīng)用（例如相控陣系統(tǒng)）中受益于ADI新型硅開(kāi)關(guān)，