← 返回
拓扑与电路
★ 5.0
一种用于5G MIMO应用的高功率RF SOI开关，峰值P-₀.₁dB功率达48.7 dBm
A High-Power RF SOI Switch With 48.7-dBm P-₀.₁dB Peak Power for 5G MIMO Applications
| 作者 | Wanfu Liu · Jianhui Wu |
| 期刊 | IEEE Electron Device Letters |
| 出版日期 | 2025年3月 |
| 技术分类 | 拓扑与电路 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 高功率射频开关 RF SOI技术 电压均衡 功率处理能力 5G MIMO应用 |
语言:
中文摘要
本简报中，采用130纳米射频绝缘体上硅（RF SOI）技术设计并实现了一款工作在2~4 GHz频段的高功率射频开关。为提高发射（Tx）模式下的高功率处理能力，提出并分析了一种在关断并联支路实现均匀分压的串联和并联堆叠结构。对于射频开关的并联支路，通过调整晶体管之间的宽度比来平衡高功率下各晶体管的漏源电压（Vds）差异，从而确保高功率处理能力。此外，所提出的设计采用基于电容的补偿方法进一步均衡分压。实验结果表明，所提出的射频开关在105°C温度下实现了48.7 dBm（74瓦）的0.1 dB压缩点（P - 0.1dB，峰值功率）、0.35~0.87 dB的插入损耗以及大于35.7 dB的收发隔离度（Tx - Rx ISO）。所报道的结构设计确保了在高功率工作条件下的稳定性和可靠性，为5G多输入多输出（MIMO）应用提供了巨大潜力。
English Abstract
In this brief, a high-power RF switch that operates at 2 4 GHz is designed and implemented using 130nm RF SOI technology. To improve the high-power handling capability in Tx mode, a series and parallel stacked structure with uniform voltage division across an OFF-shunt branch was proposed and analyzed. For the shunt branch of RF switch, the Vds voltage discrepancy of each transistor under high power is balanced by adjusting the width ratio between transistors, ensuring high-power handling capability. Moreover, the suggested design employs capacitor-based compensation to further equalize the voltage division. The experimental results demonstrate that the proposed RF switch achieves 48.7 dBm (74W) of 0.1 dB compression point (P-0.1dB, peak power), 0.35 0.87 dB insertion loss, transmit-receive isolation (Tx-Rx ISO) >35.7 dB at 105~^ C. The reported structural design ensures stability and reliability under high-power operating, providing significant potential for 5G MIMO applications.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项针对5G MIMO应用的高功率RF SOI开关技术虽然主要面向通信领域，但其核心设计理念对我们的光伏逆变器和储能系统具有重要的技术借鉴价值。
该技术的核心亮点在于通过串并联堆叠结构和电容补偿实现均匀分压，使器件在高功率状态下达到48.7 dBm（74W）的功率处理能力。这种分压均衡思想与我们逆变器中IGBT/SiC功率器件的串联均压设计存在相似性。特别是论文提出的通过调整晶体管宽度比例来平衡Vds电压差异的方法，可为我们优化功率模块中多芯片并联的动态均流设计提供新思路。
从技术成熟度评估，130nm RF SOI工艺已相对成熟，但直接应用于我们的高压大功率场景仍存在显著差距。光伏逆变器通常工作在数百伏至千伏级电压、数十至数百千瓦功率范围，而该开关仅处理74W峰值功率。然而，其在105°C高温下仍保持优异性能的设计理念值得关注，这对提升我们产品在恶劣环境下的可靠性具有启发意义。
潜在应用机遇主要体现在两个方面：一是储能系统中BMS通信模块的射频开关设计，该技术的低插损（0.35-0.87dB）和高隔离度（>35.7dB）特性可提升系统通信可靠性；二是分布式光伏系统中无线监控设备的功率管理。技术挑战在于如何将这种精细化的分压控制策略扩展到更高电压等级和更大功率容量，这需要我们结合宽禁带半导体技术进行深度研发创新。