Wolfspeed 的 GaN on SiC 解決方案正在徹底改變射頻功率放大器的前驅(qū)動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)器和輸出級(jí)。具體而言，新的高電子遷移率晶體管（HEMT）產(chǎn)品組合現(xiàn)在允許發(fā)射器鏈在單個(gè)偏置電壓下以更高的效率工作，同時(shí)在很寬的溫度范圍內(nèi)提供更多功率。

這是一項(xiàng)重大改進(jìn)，因?yàn)閺臍v史上看，S波段放大器通常由幾級(jí)組成，所有級(jí)工作在不同的電壓下，如圖1所示。

圖 1：S 頻段的典型放大器功率陣容

Wolfspeed GaN on SiC 產(chǎn)品組合包含設(shè)計(jì)用于單偏置電壓的組件。這有助于簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)并降低整體系統(tǒng)成本。采用 Wolfspeed 組件的 50V 設(shè)計(jì)示例如下圖所示，如圖 2 所示。

圖 2：Wolfspeed 單偏置電壓陣容

現(xiàn)在讓我們看一下輸出級(jí)部分，特別是CGHV31500F HEMT器件。典型的 HEMT 器件通常屬于 2.7 — 2.9 GHz 范圍，例如 Microsemi 的 2729GN — 500V，其規(guī)格如圖 3 所示。

圖 3：美高森美 2729GN-500V 的額定功率和效率（來(lái)自數(shù)據(jù)表）

如果將這些參數(shù)與CGHV2F數(shù)據(jù)手冊(cè)圖31500所示的曲線及其相應(yīng)的表格（如下圖4所示）進(jìn)行比較，那么很明顯，即使帶寬更寬，同一級(jí)別的器件也能以更高的效率提供更高的輸出功率。

CGHV31500F 輸出和漏極效率與頻率的關(guān)系

圖 4：CGHV31500F 輸出功率和漏極效率與頻率的關(guān)系（取自數(shù)據(jù)表）

此外，當(dāng)比較這兩組功率輸出數(shù)據(jù)時(shí)，我們可以觀察到 Wolfspeed 組件的功率增加了 15% 到 20%。它提高了可靠性和熱性能。簡(jiǎn)單地說(shuō)，這就是狼速的優(yōu)勢(shì)。

Wolfspeed 為設(shè)計(jì)協(xié)助和集成提供三個(gè)級(jí)別的客戶支持：射頻模型仿真（如圖 5 所示）、設(shè)計(jì)文件和參考、所有器件的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試夾具，以及不同頻段的定制夾具。可根據(jù)要求提供參考設(shè)計(jì)（如圖35120所示的CGHV2F-AMP6演示電路）的所有仿真文件、格伯、原理圖和BOM。這有助于確保在設(shè)計(jì)階段一次性成功，從而提高整體上市速度。

圖 5：Wolfspeed RF 模型仿真示例

確實(shí)出現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題：如何在更高的功率和更小的外形尺寸下提高可靠性？Wolfspeed 通過(guò)專注于提高效率，使結(jié)溫在安全范圍內(nèi)工作，從而實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。通過(guò)執(zhí)行有限元分析（FEA）和對(duì)結(jié)點(diǎn)溫度進(jìn)行建模（如圖7所示），并在設(shè)計(jì)過(guò)程中使用這些信息，可以達(dá)到低于225°C的最高溫度。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是150°C，如LDMOS和GaAs器件所示，但是這種SiC上的GaN系列晶體管在該溫度下可以提供超過(guò)10年的平均失效時(shí)間（MTTF）值。

擁有超過(guò) 206 億小時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和 15 年的生產(chǎn)年，這相當(dāng)于時(shí)間故障 （FIT） 或故障率不到 <>！

圖7：結(jié)溫范圍內(nèi)的沃爾夫速度有限元分析

這與使用紅外溫度讀數(shù)的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手形成鮮明對(duì)比，后者可以樂(lè)觀地查看結(jié)溫，從而導(dǎo)致可靠性降低。圖 8 總結(jié)了與主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比的可靠性差異。

圖 8：Wolfspeed 產(chǎn)品與行業(yè)領(lǐng)先競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的可靠性比較

你怎么知道你實(shí)際上得到了更高的功率和效率？Wolfspeed花費(fèi)了相當(dāng)多的精力來(lái)表征和驗(yàn)證GaN場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）的峰值功率和效率，如應(yīng)用筆記（APPNOTE-017 Rev. A）所示。對(duì)100W和200W Wolfspeed晶體管進(jìn)行了負(fù)載牽引測(cè)量，在多個(gè)頻率上具有最佳阻抗，并且非常接近建模值。結(jié)果表明，Wolfspeed的大信號(hào)模型準(zhǔn)確地證明了這些器件的性能。

總而言之，與類似的行業(yè)領(lǐng)先器件相比，Wolfspeed 的 L 波段和 S 波段組件組合具有一些非常明顯的優(yōu)勢(shì)，包括更高的功率輸出、更好的效率和更大的頻率范圍，所有這些都在一個(gè)更小、更簡(jiǎn)單的封裝中。這樣可以降低整體系統(tǒng)成本和更好的熱性能，從而提高器件使用壽命內(nèi)的可靠性。

審核編輯：郭婷