在手机中用上GaN,只是时间问题

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2018 国际消费电子展并未让人失望,会上展示了一些基于网络的家居、汽车和浴室用小配件。但是,其中的许多技术需要更多数据,从而给无线网络带来了巨大压力。

 

Q

试想一下,如果美国 1.25 亿个家庭突然都使用智能坐便器会怎样?

 

当低带宽设备和高带宽设备的数量成倍增加时,有线电视网络和蜂窝基站就会面临压力。那么,网络供应商应该做些什么呢?

答案有点让人意外,就是借鉴国防工业。当网络供应商在商用电子产品领域艰难度日时,它们就会试图采用国防雷达和通信系统的高增益、大功率 RF 解决方案,包括许多采用氮化镓的解决方案。

 

是的,采用 GaN 技术

 

氮化镓,更常称为 "GaN",并不是最新的加密货币技术,可能是在高中化学课中学过的知识。GaN 是一种化合物半导体,根据应用的不同存在许多不同形式。

 
 
 

其中包括:

 

硅基氮化镓(GaN-on-silicon 或 GaN-on-Si)

碳化硅基氮化镓 (SiC) 或 GaN-on-SiC

锗基氮化镓或 GaN-on-Ge

金刚石氮化镓

以及我个人最偏爱的六方氮化硼氮化镓或 GaN-on-h-BN

 

无论何种形式,GaN 都意味着功率。GaN 在温度较高的条件下能够可靠运行,且使用寿命更长,因此非常适用于苛刻环境下的航空航天和国防应用。例如,自二十世纪九十年代以来,GaN 就一直用于空间应用、通信系统和有源电子扫描阵列 (AESA) 雷达领域。

 

您的词库中又要添一个新词了。

 

直到最近,GaN 的成本一直都很高。用于高可靠性军事应用的 GaN 器件一般采用陶瓷或金属封装;

 

如今,塑料封装降低了 GaN 的成本,使其对商业市场更具吸引力。塑料可降低产品重量,实现灵活设计,这两点对于商业应用来说至关重要。无线基础设施供应商还可在塑料封装中使用 GaN 来升级现有系统,从而节省升级时间和成本,同时无需创建全新的设备。

 

 

GaN 用于联网

 

 

GaN 可在较高带宽条件下提高 RF 性能和系统效率,从而满足当今高速网络的需求。事实上,与传统技术相比,GaN 放大器可实现更高的输出功率,同时将功耗降低 20%。

 

除了省电之外,GaN 还通过大幅减少材料浪费和生产砷化镓 (GaAs) 或硅制线路放大器所需的能源来支持其他环保举措。由于其可靠的热性能,GaN 还非常适用于长期可靠性至关重要的下一代网络。

 

这一切意味着网络供应商可降低运营成本,并向消费者提供更可靠、性价比更高的无线服务。

尽管在网络领域仍处于起步阶段,但 GaN 已经产生了巨大的影响。GaN 使有线电视领域推出了 DOCSIS 3.1,即一种有线电视标准,使电缆提供商能够使用现有电缆基础设施提高网络速度。

 

与 DOCSIS 3.0 相比,新版的 DOCSIS 3.1 标准可将有效的下游“下载”数据速率从 160 Mbps 提高到 10 Gbps,将上游“上传”数据速率从 120 Mbps 提高到 1 Gbps。而消费者则可以观看高清电视 (HDTV),并获得视频点播 (VOD) 服务。

 

当您通过高清电视观赏最喜爱的《怪奇物语》角色不断击退怪物的画面时,您应该感谢 DOCSIS 3.1(和 GaN)。

 

GaN对于将信号从信号塔发送至手机的蜂窝基站也具有一定的影响。带宽是一种有限资源。所以,随着数据需求的提高,网络运营商必须提高其基站性能,同时管理多余热量。GaN 可应对这一挑战,网络运营商可利用其卓越的散热性能让基站保持较低温度。

 

5G 的出现使 GaN 变得更加重要。大功率、高频率和热量管理是实现第五代蜂窝网络时遇到的三大挑战。

 

 

GaN 可移动?

 

 

在手机中使用 GaN 只是时间问题。智能手机制造商将需要使用 GaN 来实现 5G 所需的更高毫米波 (mmWave) 频率,而其所面临的挑战就是在更低的电压水平下运行 GaN。雷达、基站和有线电视应用的典型工作电压范围为 28 至 48 V。但是,手持式设备的平均电压范围为 2.7 至 5 V。我们已经在开发新的工艺技术和封装技术,以便在上述低压范围内运行 GaN。

 

最后,谈及 mmWave 时,GaN 将在功率大小和效率方面明显优于当今的技术。我们预计将在二十一世纪二十年代初期至中期看到 mmWave 应用于移动设备中。

 

届时,就靠 GaN 了!

 

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