MT79338內(nèi)置600V高壓功率管，簡(jiǎn)化了外圍電路。
MT79338 同時(shí)實(shí)現(xiàn)了各種保護(hù)功能，包括過(guò)流保護(hù) (OCP)、 過(guò)壓保護(hù) (OVP)、短路保護(hù) (SCP) 和過(guò)熱保護(hù)(OTP)等，以確保系統(tǒng)可靠的工作。
MT79338特點(diǎn)：
單級(jí)有源PFC實(shí)現(xiàn)了高功率因數(shù)和低THD原邊感應(yīng)機(jī)制，無(wú)需光耦
高精度LED電流(±3%)
臨界導(dǎo)通模式運(yùn)行
逐周期峰值電流控制
內(nèi)置欠壓鎖定保護(hù)
VDD過(guò)壓保護(hù)，輸出過(guò)壓保護(hù)
可調(diào)的恒定輸出電流及輸出功率
具有軟啟動(dòng)功能
內(nèi)置600V功率MOSFET
DIP8 封裝
MT79338應(yīng)用：
AC/DC LED驅(qū)動(dòng)
LED信號(hào)燈和裝飾燈
E27/PAR30/PAR38/GU10等LED燈
T8/T10 LED燈串
5G基站，射頻PA需求大幅增長(zhǎng)
5G基站PA數(shù)量有望增長(zhǎng)16倍。4G 基站采用4T4R方案，按照三個(gè)扇區(qū)，對(duì)應(yīng)的PA需求量為12個(gè)，5G基站，預(yù)計(jì)64T64R將成為主流方案，對(duì)應(yīng)的PA需求量高達(dá)192個(gè)，PA數(shù)量將大幅增長(zhǎng)。
5G基站射頻PA有望量?jī)r(jià)齊升。目前基站用功率放大器主要為基于硅的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體LDMOS技術(shù)，不過(guò)LDMOS技術(shù)僅適用于低頻段，在高頻應(yīng)用領(lǐng)域存在局限性。對(duì)于5G 基站PA的一些要求可能包括3~6GHz和24GHz~40GHz的運(yùn)行頻率，RF功率在0.2W~30W之間，預(yù)計(jì)5G基站GaN射頻PA將逐漸成為主導(dǎo)技術(shù)，而GaN價(jià)格高于LDMOS和GaAs。
GaN具有優(yōu)異的高功率密度和高頻特性。提高功率放大器RF功率的最簡(jiǎn)單的方式就是增加電壓，這讓氮化鎵晶體管技術(shù)極具吸引力。如果我們對(duì)比不同半導(dǎo)體工藝技術(shù)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)功率通常會(huì)如何隨著高工作電壓IC技術(shù)而提高。硅鍺(SiGe)技術(shù)采用相對(duì)較低的工作電壓(2V至3V)，但其集成優(yōu)勢(shì)非常有吸引力。GaAs擁有微波頻率和5V至7V的工作電壓，多年來(lái)一直廣泛應(yīng)用于功率放大器。硅基LDMOS技術(shù)的工作電壓為28V，已經(jīng)在電信領(lǐng)域使用了許多年，但其主要在4GHz以下頻率發(fā)揮作用，因此在寬帶應(yīng)用中的使用并不廣泛。新興GaN技術(shù)的工作電壓為28V至50V，優(yōu)勢(shì)在于更高功率密度及更高截止頻率(CutoffFrequency，輸出訊號(hào)功率超出或低于傳導(dǎo)頻率時(shí)輸出訊號(hào)功率的頻率)，擁有低損耗、高熱傳導(dǎo)基板，開啟了一系列全新的可能應(yīng)用，尤其在5G多輸入輸出(Massive MIMO)應(yīng)用中，可實(shí)現(xiàn)高整合性解決方案。
典型的GaN射頻器件的加工工藝，主要包括如下環(huán)節(jié)：外延生長(zhǎng)-器件隔離-歐姆接觸(制作源極、漏極)-氮化物鈍化-柵極制作-場(chǎng)板制作-襯底減薄-襯底通孔等環(huán)節(jié)。
GaN材料已成為基站PA的有力候選技術(shù)。GaN是極穩(wěn)定的化合物，具有強(qiáng)的原子鍵、高的熱導(dǎo)率、在Ⅲ-Ⅴ族化合物中電離度是最高的、化學(xué)穩(wěn)定性好，使得GaN器件比Si和GaAs有更強(qiáng)抗輻照能力，同時(shí)GaN又是高熔點(diǎn)材料，熱傳導(dǎo)率高，GaN功率器件通常采用熱傳導(dǎo)率更優(yōu)的SiC做襯底，因此GaN功率器件具有較高的結(jié)溫，能在高溫環(huán)境下工作。GaN高電子遷移率晶體管(HEMT)憑借其固有的高擊穿電壓、高功率密度、大帶寬和高效率，已成為基站PA的有力候選技術(shù)。
GaN射頻器件更能有效滿足5G的高功率、高通信頻段和高效率等要求。相較于基于Si的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(Si LDMOS，LateralDouble-diffused Metal-oxide Semiconductor)和GaAs，在基站端GaN射頻器件更能有效滿足5G的高功率、高通信頻段和高效率等要求。目前針對(duì)3G和LTE基站市場(chǎng)的功率放大器主要有Si LDMOS和GaAs兩種，但LDMOS功率放大器的帶寬會(huì)隨著頻率的增加而大幅減少，僅在不超過(guò)約3.5GHz的頻率范圍內(nèi)有效，而GaAs功率放大器雖然能滿足高頻通信的需求，但其輸出功率比GaN器件遜色很多。在5G高集成的Massive MIMO應(yīng)用中，它可實(shí)現(xiàn)高集成化的解決方案，如模塊化射頻前端器件。
在毫米波應(yīng)用上，GaN的高功率密度特性在實(shí)現(xiàn)相同覆蓋條件及用戶追蹤功能下，可有效減少收發(fā)通道數(shù)及整體方案的尺寸。實(shí)現(xiàn)性能成本的最優(yōu)化組合。隨著5G時(shí)代的到來(lái)，小基站及Massive MIMO的飛速發(fā)展，會(huì)對(duì)集成度要求越來(lái)越高，GaN自有的先天優(yōu)勢(shì)會(huì)加速功率器件集成化的進(jìn)程。5G會(huì)帶動(dòng)GaN這一產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展。然而，在移動(dòng)終端領(lǐng)域GaN射頻器件尚未開始規(guī)模應(yīng)用，原因在于較高的生產(chǎn)成本和供電電壓。GaN將在高功率，高頻率射頻市場(chǎng)發(fā)揮重要作用。
GaN射頻PA有望成為5G基站主流技術(shù)
預(yù)測(cè)未來(lái)大部分6GHz以下宏網(wǎng)絡(luò)單元應(yīng)用都將采用GaN器件，小基站GaAs優(yōu)勢(shì)更明顯。就電信市場(chǎng)而言，得益于5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的日益臨近，將從2019年開始為GaN器件帶來(lái)巨大的市場(chǎng)機(jī)遇。相比現(xiàn)有的硅LDMOS(橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù))和GaAs(砷化鎵)解決方案，GaN器件能夠提供下一代高頻電信網(wǎng)絡(luò)所需要的功率和效能。而且，GaN的寬帶性能也是實(shí)現(xiàn)多頻帶載波聚合等重要新技術(shù)的關(guān)鍵因素之一。GaN HEMT(高電子遷移率場(chǎng)效晶體管)已經(jīng)成為未來(lái)宏基站功率放大器的候選技術(shù)。由于LDMOS無(wú)法再支持更高的頻率，GaAs也不再是高功率應(yīng)用的最優(yōu)方案，預(yù)計(jì)未來(lái)大部分6GHz以下宏網(wǎng)絡(luò)單元應(yīng)用都將采用GaN器件。5G網(wǎng)絡(luò)采用的頻段更高，穿透力與覆蓋范圍將比4G 更差，因此小基站(small cell)將在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中扮演很重要的角色。不過(guò)，由于小基站不需要如此高的功率，GaAs等現(xiàn)有技術(shù)仍有其優(yōu)勢(shì)。與此同時(shí)，由于更高的頻率降低了每個(gè)基站的覆蓋率，因此需要應(yīng)用更多的晶體管，預(yù)計(jì)市場(chǎng)出貨量增長(zhǎng)速度將加快。
預(yù)計(jì)到2025年GaN將主導(dǎo)RF功率器件市場(chǎng)，搶占基于硅LDMOS技術(shù)的基站PA市場(chǎng)。根據(jù)Yole的數(shù)據(jù)，2014年基站RF功率器件市場(chǎng)規(guī)模為11億美元，其中GaN占比11%，而橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體技術(shù)(LDMOS)占比88%。2017年，GaN市場(chǎng)份額預(yù)估增長(zhǎng)到了25%，并且預(yù)計(jì)將繼續(xù)保持增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)到2025年GaN將主導(dǎo)RF功率器件市場(chǎng)，搶占基于硅LDMOS技術(shù)的基站PA市場(chǎng)。
對(duì)于既定功率水平，GaN具有體積小的優(yōu)勢(shì)。有了更小的器件，則可以減小器件電容，從而使得較高帶寬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得更加輕松。
氮化鎵基MIMO天線功耗可降低40%。下圖展示的是鍺化硅和氮化鎵的毫米波5G基站MIMO天線方案，左側(cè)展示的是鍺化硅基MIMO天線，它有1024個(gè)元件，裸片面積是4096平方毫米，輻射功率是65dbm，與之形成鮮明對(duì)比的，是右側(cè)氮化鎵基MIMO天線，盡管價(jià)格較高，但功耗降低了40%，裸片面積減少94%。
GaN適用于大規(guī)模MIMO。GaN芯片每年在功率密度和封裝方面都會(huì)取得飛躍，能比較好的適用于大規(guī)模MIMO技術(shù)。當(dāng)前的基站技術(shù)涉及具有多達(dá)8個(gè)天線的MIMO配置，以通過(guò)簡(jiǎn)單的波束形成算法來(lái)控制信號(hào)，但是大規(guī)模MIMO可能需要利用數(shù)百個(gè)天線來(lái)實(shí)現(xiàn)5G所需要的數(shù)據(jù)速率和頻譜效率。大規(guī)模MIMO中使用的耗電量大的有源電子掃描陣列(AESA)，需要單獨(dú)的PA 來(lái)驅(qū)動(dòng)每個(gè)天線元件，這將帶來(lái)顯著的尺寸、重量、功率密度和成本(SWaP-C)挑戰(zhàn)。這將始終涉及能夠滿足64個(gè)元件和超出MIMO陣列的功率、線性、熱管理和尺寸要求，且在每個(gè)發(fā)射/接收(T/R)模塊上偏差最小的射頻PA。
MIMO PA年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到135%。預(yù)計(jì)2022 年，4G/ 5G基礎(chǔ)設(shè)施用RF 半導(dǎo)體的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到16億美元，其中，MIMO PA年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到135%，射頻前端模塊的年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到119%。
預(yù)計(jì)未來(lái)5～10年，GaN將成為3W及以上RF功率應(yīng)用的主流技術(shù)。根據(jù)Yole預(yù)測(cè)，2017年，全球GaN射頻市場(chǎng)規(guī)模約為3.84億美元，在3W以上(不含手機(jī)PA)的RF射頻市場(chǎng)的滲透率超過(guò)20%。GaN在基站、雷達(dá)和航空應(yīng)用中，正逐步取代LDMOS。隨著數(shù)據(jù)通訊、更高運(yùn)行頻率和帶寬的要求日益增長(zhǎng)，GaN在基站和無(wú)線回程中的應(yīng)用持續(xù)攀升。在未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，針對(duì)載波聚合和大規(guī)模輸入輸出(MIMO)等新技術(shù)，GaN將憑借其高效率和高寬帶性能，相比現(xiàn)有的LDMOS處于更有利的位置。未來(lái)5～10年內(nèi)，預(yù)計(jì)GaN將逐步取代LDMOS，并逐漸成為3W及以上RF功率應(yīng)用的主流技術(shù)。而GaAs將憑借其得到市場(chǎng)驗(yàn)證的可靠性和性價(jià)比，將確保其穩(wěn)定的市場(chǎng)份額。LDMOS的市場(chǎng)份額則會(huì)逐步下降，預(yù)測(cè)期內(nèi)將降至整體市場(chǎng)規(guī)模的15%左右。
到2023年，GaN RF器件市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到13億美元，約占3W以上的RF功率市場(chǎng)的45%。截止2018年底，整個(gè)RF GaN市場(chǎng)規(guī)模接近4.85億美元。未來(lái)大多數(shù)低于6GHz的宏網(wǎng)絡(luò)單元實(shí)施將使用GaN器件，無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用占比將進(jìn)一步提高至近43%。
RF GaN市場(chǎng)的發(fā)展方向
GaN技術(shù)主要以IDM為主。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，GaN技術(shù)在全球各大洲已經(jīng)普及。市場(chǎng)領(lǐng)先的廠商主要包括Sumitomo Electric 、Wolfspeed(Cree 科銳旗下)、Qorvo，以及美國(guó)、歐洲和亞洲的許多其它廠商�；衔锇雽�(dǎo)體市場(chǎng)和傳統(tǒng)的硅基半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)不同。相比傳統(tǒng)硅工藝，GaN技術(shù)的外延工藝要重要的多，會(huì)影響其作用區(qū)域的品質(zhì)，對(duì)器件的可靠性產(chǎn)生巨大影響。這也是為什么目前市場(chǎng)領(lǐng)先的廠商都具備很強(qiáng)的外延工藝能力，并且為了維護(hù)技術(shù)秘密，都傾向于將這些工藝放在自己內(nèi)部生產(chǎn)。
GaN-on-SiC更具有優(yōu)勢(shì)。盡管如此，F(xiàn)abless設(shè)計(jì)廠商通過(guò)和代工合作伙伴的合作，發(fā)展速度也很快。憑借與代工廠緊密的合作關(guān)系以及銷售渠道，NXP和Ampleon等領(lǐng)先廠商或?qū)⒏淖兪袌?chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局。同時(shí)，目前市場(chǎng)上還存在兩種技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)：GaN-on-SiC(碳化硅上氮化鎵)和GaN-on-Silicon(硅上氮化鎵)。它們采用了不同材料的襯底，但是具有相似的特性。理論上，GaN-on-SiC具有更好的性能，而且目前大多數(shù)廠商都采用了該技術(shù)方案。不過(guò)，M/A-COM等廠商則在極力推動(dòng)GaN-on-Silicon技術(shù)的廣泛應(yīng)用。未來(lái)誰(shuí)將主導(dǎo)還言之過(guò)早，目前來(lái)看，GaN-on-Silicon仍是GaN-on-SiC解決方案的有力挑戰(zhàn)者。
全球GaN射頻器件產(chǎn)業(yè)鏈競(jìng)爭(zhēng)格局
GaN微波射頻器件產(chǎn)品推出速度明顯加快。目前微波射頻領(lǐng)域雖然備受關(guān)注，但是由于技術(shù)水平較高，專利壁壘過(guò)大，因此這個(gè)領(lǐng)域的公司相比較電力電子領(lǐng)域和光電子領(lǐng)域并不算很多，但多數(shù)都具有較強(qiáng)的科研實(shí)力和市場(chǎng)運(yùn)作能力。GaN微波射頻器件的商業(yè)化供應(yīng)發(fā)展迅速。據(jù)材料深一度對(duì)Mouser數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析顯示，截至2018年4月，共有4家廠商推出了150個(gè)品類的GaN HEMT， 占整個(gè)射頻晶體管供應(yīng)品類的9.9%，較1月增長(zhǎng)了0.6%。
Qorvo產(chǎn)品工作頻率范圍最大，Skyworks產(chǎn)品工作頻率較小。Qorvo、CREE、MACOM73%的產(chǎn)品輸出功率集中在10W～100W之間，最大功率達(dá)到1500W(工作頻率在1.0-1.1GHz，由Qorvo生產(chǎn))，采用的技術(shù)主要是GaN/SiC GaN路線。此外，部分企業(yè)提供GaN射頻模組產(chǎn)品，目前有4家企業(yè)對(duì)外提供GaN射頻放大器的銷售，其中Qorvo產(chǎn)品工作頻率范圍最大，最大工作頻率可達(dá)到31GHz。Skyworks產(chǎn)品工作頻率較小，主要集中在0.05-1.218GHz之間。
Qorvo射頻放大器的產(chǎn)品類別最多。在我國(guó)工信部公布的2個(gè)5G工作頻段(3.3-3.6GHz、4.8-5GHz)內(nèi)，Qorvo公司推出的射頻放大器的產(chǎn)品類別最多，最高功率分別高達(dá)100W和 80W(1月份Qorvo在4.8-5GHz的產(chǎn)品最高功率為60W)，ADI在4.8-5GHz的產(chǎn)品最高功率提高到50W(之前產(chǎn)品的最高功率不到40W)，其他產(chǎn)品的功率大部分在50W以下。
