Funkeinheiten für 5G NR

Chipsatz für den 5G-mmWellen-Bereich

31. März 2022, 13:19 Uhr | Harry Schubert
mmWellen-Frontend-Chipsatz
© Analog Devices

Mit vier neuen ICs – zwei Beamforming-ICs und zwei Mischer-ICs – vereinfacht Analog Devices den Bau von Funkeinheiten im mmWellen-Bereich 24–47 GHz. Sie ermöglichen es einfachere und kleinere Basisstationen zu konstruieren.

Der neue Millimeterwellen-Chipsatz für 5G-Funkeinheiten von Analog Devices besteht aus zwei Beamforming-ICs mit 16 Kanälen – dem ADMV4828 für den Bereich 24–29,5 GHz und dem ADMV4928 für 37–43,5 GHz – und zwei passenden Mischer-ICs mit Sender- und Empfängermischer (UDC, Up/Downconverter) – dem ADMV1128 für 24–29,5 GHz und dem ADMV1139 für den Bereich 37–50 GHz. Mit diesem mmWellen-Frontend-Chipsatz lässt sich die Komplexität von HF-Schaltungen für Funkeinheiten reduzieren so dass Hersteller in kürzerer Zeit mit kleineren, vielseitigeren 5G-Basisstationen für den 5G-Frequenzbereich 2 (Frequency Range 2, FR2: 24,25 GHz bis 52,6 GHz) auf den Markt kommen können. Der Chipsatz ermöglicht es 5G-Funkeinheiten im mmWellen-Bereich 24–47 GHz mit deutlich weniger Bauelementen zu realisieren.

Angesichts der weltweit steigenden Verbreitung der 5G-Technik sind die Betreiber zunehmend gefordert, die Rollout-Kosten zu senken und ihre Netzabdeckung gleichzeitig durch energieeffizientere, leichtere und zuverlässigere Funkeinheiten zu erweitern. Notwendig hierfür sind hochgradig lineare, kompakte, energieeffiziente und breitbandige Systeme, die eine Wiederverwendung vorhandener Schaltungen in mehreren Frequenzbändern zulassen, ohne dass Kompromisse an der Qualität oder der Leistungsfähigkeit erforderlich sind. Der mmWellen-Frontend-Chipsatz von ADI erlaubt einen neuen Entwurfsansatz – abweichend vom bisher üblichen Schmalband-Paradigma, bei dem weniger Bandbreite in Kauf genommen wurde, um die Schaltung zu vereinfachen und die HF-Fähigkeiten zu verbessern.

Der neue mmWellen-Chipsatz besteht aus zwei einkanaligen (1T1R) Mischer-ICs mit Sender- und Empfängermischer und zwei Beamforming-ICs mit 16 Sende-/Empfangs-Kanälen (acht horizontale und acht vertikale Kanäle bei dualer Polarisation), die in einem SOI-CMOS-Prozess hergestellt werden. Die von den Beamforming-ICs gebotene Energieeffizienz und lineare Ausgangsleistung macht es möglich, Abmessungen, Gewicht, Stromaufnahme und Kosten von Schaltungen für phasengesteuerte mmWellen-Antennenarrays im Vergleich zu bisherigen Konzepten zu reduzieren.

Die breitbandigen Mischer-ICs machen Varianten für bestimmte Frequenzbänder überflüssig und ermöglichen überdies den Verzicht auf separate Treiberstufen, sodass sich der Bauteileaufwand verringert. Mit dem neuen mmWellen-Chipsatz ist es auch möglich Kalibrierfunktionen für das Antennenarray bei laufendem Betrieb zu nutzen, zusätzlich zum werksseitigen Abgleich mit patentiertem IP im nichtflüchtigen Speicher (NVM, non-volatile memory) der ICs. Hersteller können damit die Einschränkungen bisheriger, rein NVM-basierter Beamforming-ICs umgehen, die nur eine einmalige, werksseitige Kalibrierung ermöglichten, ohne die nicht ideale periphere Schaltung außerhalb der ICs zu berücksichtigen.

Der neue mmWellen-Frontend-Chipsatz von Analog Devices besteht aus:

  • ADMV4828: 16-kanaliger Beamforming-IC für das Band 24–29,5 GHz (5G-NR-Bänder: n257, n258 und n261) mit einer Ausgangsleistung von >12,5 dBm, bei 3 % EVM (Error Vector Magnitude) mit einem 400-MHz-64QAM-5G-NR-Signal. Die Leistungsaufnahme beträgt dabei lediglich 310 mW pro Kanal. Der IC wird in einem 10 × 8,5 mm2 großen CSP-BGA-Gehäuse mit 304 Anschlüssen produziert.
  • ADMV4928: 16-kanaliger Beamforming-IC für das Band 37–43,5 GHz (5G-NR-Bänder: n259 und n260) mit einer Ausgangsleistung von >11,5 dBm, bei 3 % EVM mit einem 400-MHz-64QAM-5G-NR-Signal sowie einer Leistungsaufnahme von nur 340 mW pro Kanal. Sein CSP-BGA-Gehäuse fällt mit 10 × 7 mm2 und 239 Kontaktpunkten etwas kleiner aus.
  • ADMV1128: Breitband-Mischer-IC (UDC, Up/Downconverter) für das Band 24–29,5 GHz (5G-NR-Bänder: n257, n258 und n261). Er lässt sich mit Oszillatorfrequenzen von 8–15 GHz (x2-Mode) und 5–7,5 GHz (x4-Mode) betreiben. Optional verfügt der IC – im 6 × 6,5 mm2 großen CSP-BGA mit 131 Anschlüssen – über einen integrierten HF-Schalter und kann den Betrieb mit einer komplexen ZF unterstützen.
  • ADMV1139: Breitband-Mischer-IC wie ADMV1128, jedoch für das Band 37-50 GHz (5G-NR-Bänder: n259, n260 und n262) und den Betrieb mit einer Oszillatorfrequenz von 7,25–12,05 GHz (x4-Mode).

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