פריסקייל החליטה להסתער על שוק רכיבי ה-MMIC מבוססי ה–GaAs כשבארסנל הנשק שלה ארבעה מעגלים ראשונים לתשתיות אלחוטיות והתחייבות להרחבת תיק המוצרים עם רכיבים נוספים, המכסים תדרים שונים ברמות הספק שונות
מאת: Yan Vainter , Freescale Israel
מעגלי משולבים מונוליטיים לגלי מיקרו [MMIC] המבוססים על GaAs [גאליום ארסנייד] מהווים חלק מהתעשייה מזה כרבע מאה. חברת Freescale Semiconductor, לשעבר Motorola Semiconductor, מתברכת בהיסטוריה ארוכה של פיתוח מוצרים במעגלים משולבים [IC] אנלוגיים ודיגיטליים ובטרנזיסטורי ת”ר [RF] בהספק גבוה. ואולם, על אף שלחברה לא הייתה חסרה יכולת טכנולוגית, היא לא הייתה חלק משוק רכיבי MMIC מבוססי GaAs – עד עתה. הפריצה הנועזת של החברה לשוק תחרותי זה מלווה בארבעה מעגלי MMIC ב–GaAs ראשונים ובהתחייבות להרחבת תיק המוצרים הזה עם רכיבים נוספים המכסים תדרים שונים ומספקים רמות הספק שונות.
על אף ש–Freescale נודעת כיום, בראש ובראשונה בשל מעמדה היוצא דופן בתחום טרנזיסטורי ת”ר להספק גבוה – מוליכים למחצה של תחמוצת מתכתית עם דיפוזיה רוחבית של סיליקון (LDMOS) – הניסיון שלה עם חומרים מוליכים למחצה מורכבים כגון GaAs משתרע לאחור עד לשנות התשעים המוקדמות של המאה שעברה, כאשר טרנזיסטורי FET ורכיבי MMIC ב–GaAs הוסיפו יכולת מסחרית נרחבת לשימוש במעגלי ת”ר ובמעגלים של גלי מיקרו. בשנת 2007, החברה יצאה לשוק עם קו מוצרים של “מגברים לשימושים כלליים” המבוסס על טרנזיסטורים ביפולאריים בעלי צומת מעורב [HBT] ב– InGaP ועל טרנזיסטורי תוצא שדה בעלי צומת מעורב [HFET] ב– GaAs שהוכחו כהצלחה רבה, על אף התחרות הצפופה שהייתה בתחום זה.
כמוצרי MMIC הראשונים שלה, בחרה החברה בשני מגזרים בתשתית האלחוטית שהביצועים שלהם חשובים ביותר, כלומר, מגבר רעש נמוך [LNA] במקלט ומגברי הספק בשרשרת השידור (איור 1). יישומי המטרה נמצאים בטווח שמתחנות בסיס מאקרו מסורתיות ועד המשחזרים [repeater] ותאי הפמטו שסביר שנראה רבים יותר כמותם עם האימוץ המתרחב של טכנולוגיות של קצב נתונים גבוה במיוחד כגון HSPA ו– LTE. לשתי טכנולוגיות אלו יש צורך בכיסוי אות מעולה כדי שיוכלו להשיג את מלוא הפוטנציאל שלהן.
הרכיב MMA20312B הוא מגבר הספק עם טרנזיסטורי HBT ב– InGaP בשתי דרגות שמתוכנן לכסות את הטווח שבין 1800 עד 2200 מגה הרץ, ולספק במוצא הספק של +31 dBm בדחיסה של 1-dB (P1dB) ב– 2140 מגה הרץ, עם הגבר אות קטן של 26 dB ונקודת פגישה מסדר שלישי במוצא [OIP3] של +45 dBm. הרכיב מתוכנן לשימוש בתחנות בסיס אלחוטיות סטנדרטיות וכן במשחזרים ובתאי פמטו. להתקן זה יש רוחב פס הרחב מספיק כדי שיוכל לשמש גם ביישומים אלחוטיים אחרים, כגון מקמש”י רשת חכמה.
MML0911H הוא מגבר בעל רעש נמוך ב–MMIC עם טרנזיסטור pHEMT משופר שמתוכנן לעמוד בדרישה שקיימת במקלטי”ם לביצועי רעש נמוכים, בכל סוגי המערכות האלחוטיות שפועלות בטווח שבין 400 לבין 1400 מגה הרץ. להתקן יש ספרת רעש של 0.6 dB (איור 2), הגבר לאות קטן של 20 dB ב–900 מגה הרץ, דחיסת P1dB של +21 dBm, יחס הספק של ערוצים סמוכים [ACPR] של –40 dBc (בהיסט ערוץ של 5 מגה הרץ) ונקודת פגישה OIP3 של +32 dBm ב– 900 מגה הרץ. טווח תדירויות זה הופך את MML0911H למתאים היטב עבור יישומים כגון תחנות בסיס של גישה בריבוי חלוקת קוד בפס רחב [WCDMA] ורשתות מבוססות LTE לקצב נתונים גבוה, שממשים אותם כיום בפס השידור של 700 מגה הרץ, שהוקצה לא מכבר. ספרת הרעש, שנחשבת לעתים קרובות כפרמטר החשוב ביותר לביצועים עבור מגברי LNA, נמדדת בהתקן בדיקה בתיאום 50, כך שניתן להגיע לביצועים המפורטים ביישום הסופי. דרכים נוספות להגדרת פרמטר ספרת הרעש, כגון ערכים ברמת ההתקן שאינם לוקחים בחשבון את השפעות המעגל (כמו למשל, תופעות פרזיטיות הנובעות מחיבורי bond wireless ומחיבורים פנימיים), מניבות רמות נמוכות של ספרת רעש שאותן לא ניתן לממש באופן מעשי, ולכן היתרון שלהן מבחינת מתכנן המערכת מוגבל.
שני מגברי MMIC בפס הרחב האחרים מתאימים באותה מידה לשימוש כמגברים דוחפים בשרשרת השידור או כמגברי LNA בדרגה השנייה בשרשרת הקליטה. MMG15241H הוא התקן pHMET שמכסה טווח של 500 עד 2500 מגה הרץ, עם ספרת רעש של 1.6 dB ב– 2140 מגה הרץ, דחיסת P1dB של +24 dBm, הגבר אות קטן של 19 dB ונקודת פגישה OIP3 של +39 dBm. אפשר להתאים באופטימיזציה את ביצועי ההתקן בפרמטרים מסוימים כגון OIP3, ספרת רעש והפסדי הספק חוזר בקו עבור יישומים מסוימים, בעזרת שימוש באלמנטים חיצוניים לתיאום. ולבסוף, מגבר הרעש הנמוך MMG20271H מכסה טווח של 1500 עד 2400 מגה הרץ ויש לו ספרת רעש של 1.8 dB ב– 2140 מגה הרץ, דחיסת P1dB של +28 dBm, הגבר אות קטן של 15 dB ונקודת OIP3 של +42.5 dBm. לשני ההתקנים יש ליניאריות מצוינת עם רמות צריכת זרם נמוכות יותר מאלו של פתרונות בטרנזיסטורי HBT רגילים. מפרטים מפורטים עבור כל ארבעת ההתקנים מוצגים בטבלה.
בסמוך להשקה של ארבעה התקני MMIC, חברת Freescale מצרפת לפתרונות המוצרים הקיימים של מגברים לשימוש כללי [GPA], קבוצה של מעגלי יישום ונתוני אפיון ת”ר, כדי להדגים את יכולות המוצרים בהקשר למערך משדרי תחנות בסיס מקיפים. במיוחד, המגברים לשימוש כללי MMG3004NT1, MMG3005NT1 ו–MMG3006NT1 אופיינו לליניאריות כפונקציה של הספק המוצא עבור מגוון של נקודות ממתח. התוצאה של המאמצים האלו מראה שאפשר להקטין את צריכת הזרם ב- 50% כמעט מהמצב המתואר בדף הנתונים הראשוני, במחיר של פגיעה קטנה בליניאריות. נקודת הפגישה [OIP3] במוצא של המגבר לשימוש כללי MMG3004NT1 ברמות שונות של זרם דחיפה מופיעה באיור 3.
החברה פועלת גם לקראת התמקדות במערך מקיף של התקנים במגבר (למשל), ולא רק במעקב אחר ביצועי התקן יחיד. כל זאת נעשה בתגובה לבקשות הלקוחות להאיץ את זמני הפיתוח ולמנף את יכולות מערכת אספקת ת”ר. למשל, מערך אופייני המשמש במגבר Doherty א-סימטרי ל– 2100 מגה הרץ כולל מגבר GPA דוחף קדם MMG3014N עם הגבר של 15 dB, ולאחריו מעגל RFIC דוחף בריבוי דרגות, MW71C2240NB עם הגבר של 30 dB. אחרי דרגת הדוחף נמצא מגבר Doherty א-סימטרי מהדור השמיני [HV8] בטכנולוגיית LDMOS מהסוגים MRF8S21120H ו– MRF8S21240H לקבלת הגבר מערכת כולל של 59 dB. תכנונים לייחוס אלו מאופיינים בהתקנים על אותו מעגל, ונתמכים במעגלים, במודלים ובכלים אחרים להערכה, הנדרשים למימוש חלק השידור המלא.
ארבעת התקני MMIC החדשים מייצגים את ההתחלה של מה שצפוי להיות הטווח הרחב של התקני MMIC המכסים פסי שידור אלחוטיים פופולריים ברמות הספק שמתאימות היטב למערכות בטווח שבין תחנות בסיס מאקרו לבין משחזרים, תאי פמטו וציוד אחר של תשתית אלחוטית. החל מיוני 2010 אפשר לקבל דוגמאות של ארבעת התקנים אלו.
