兰博

  • 2022-07-26
  • 发表了主题帖: UWB如何将工业和体育运动提升至新水平?

    当您将超宽带 (UWB) 技术加入其中时,会出现奇妙的变化。举例来说,当 Noccela 的高性能测距 (HPR) 算法与超宽带技术结合使用时,不仅能大幅改变工业运营,还能为田径队提供精准数据,帮助他们赢得胜利。继续阅读,了解在使用 UWB 时,是以什么为支撑实现无限可能。 定位服务变得更加精准 定位服务背后的技术持续改变着我们工作、娱乐和联系方式。在 GPS 的推动下,送货到家的电子商务零售业呈现爆炸式增长,让我们无需再为购物东奔西跑。Wi-Fi 帮助提高了定位的准确性。蓝牙® 技术用在汽车中以后,在车主靠近汽车几米的距离内,车门会自动打开。而超宽带 (UWB) 技术的厘米级精度使定位和通信精度都达到新的水平,令以前的这些技术都望尘莫及。UWB 是 Noccela 等公司提供的微定位服务背后的仪器技术,将以我们无法想象的方式持续影响我们的生活。 Noccela 是一家解决方案开发公司和微定位服务提供商,总部位于芬兰,是基于 UWB 构建的实时定位服务 (RTLS) 领域的全球领导者。自 2015 年以来,Noccela 一直致力于: 实现工业运营现代化 进一步提高体育运动分析水平 改变零售业的运作方式 通过高度精准的接触者追踪,让人们在保持正常社会生活的同时,注意避免接触新冠病毒。 自 2014 年以来,Noccela 在为高要求的多层环境部署 UWB 方面始终走在前沿,以实现 RTLS IoT。该公司的软件和硬件都为自主设计。其定位服务集成了位置数据 API 和工作流引擎,用于进行流程管理。Noccela 还为零售环境和接触者追踪提供端到端解决方案。有关更多信息,请访问 Noccela.com。 Noccela 最新一代的 UWB 技术采用其高性能测距 (HPR) 算法,提供高精度,支持海量标签、大覆盖范围、更长的电池续航和双向通信。该公司基于 Qorvo DW1000 UWB 器件构建其解决方案。 助力工业数字化 Noccela 从 2014 年开始研究用于工业应用的微定位技术。在通过工业 4.0、智能工厂和精益计划实现工业运营数字化时,亚米到厘米级微定位非常关键。流程优化和安全是大多数工厂首要考虑的两大因素。通过将人、事件、时间和位置信息与人员、工具、物资、货品和机器进行实时关联,让双方都保持信息畅通。总而言之,提高效率的最佳方式之一就是,先弄清楚瓶颈在哪里。想要找回摆错位置的工具、栈板或车辆,最有效的方式是先确定它们目前的确切位置。而要让工人和机器之间保持安全距离,最佳方式则是实时精准掌握彼此的位置。基于 UWB 的微定位服务可以实时提供这些信息,允许系统即时测量、分析和发出提醒。而 Noccela 在该领域具备深厚的专业知识。 为了构建工业级解决方案,Noccela 的工程师们研究了 Bluetooth® low energy (LE) 和 UWB,发现 Bluetooth LE 在高精度定位能力方面存在限制,主要是 Bluetooth LE 的接收信号强度指示器 (RSSI) 方法。它会受到多路径,以及来自物体和金属机器的干扰影响,无法在工业和其他环境中提供可靠、精准的物体测距和定位。但 UWB 可以。   想了解Qorvo如何利用UWB技术助力实现如此高的精度等级吗?点此查看:http://www.eeworld.com.cn/zt/Qorvo/view/1154   或者您认为UWB技术还能提升哪些应用呢?

  • 发表了主题帖: GaN硬件软件合作设计&射频设备架构

    硬件软件合作设计 为了充分发挥GaN器件在射频应用中的潜力,必须在所有层面进行创新,包括器件工艺进步和电路架构的增强和修改。特别是最近的软、硬件趋势与机器学习技术的协同设计展示了令人兴奋的机会。 如图17(a)所示,通过将模拟输入修改为两个单独可控的射频输入,并根据频率和输入功率等实时动态操作条件,由人工智能(AI)算法实时优化,引入改进版的Doherty放大器。如图17(b)所示,混合模式高效射频PA首次被证明在1.4-4.8 GHz的超宽带宽上工作,效率超过45%。结果表明,人工智能引擎可以优化GaN HEMT偏置条件、双输入信号相位和幅值,从而实现卓越的性能。人工智能引擎可以使用硅CMOS技术设计和实现。因此,利用硅和III-V化合物半导体技术的独特优势,将CMOS和GaN技术进行异质集成,是在系统层面实现性能和成本之间最佳权衡的技术之一。已经报道了一些初步的工作,如图18所示,其中CMOS和GaN通过连接两个单独的芯片集成。它的输出功率在2-3 W范围内,在超过一个倍频程的带宽范围内,漏极效率超过50%这种数字辅助技术允许将数字功率DAC方法扩展到比先前演示的更高的功率级别和带宽。这些特征对于实现未来的软件定义无线电、认知无线电(其中数字、AI和其他技术的性能是共同设计和共同优化的)是令人兴奋和有吸引力的。 射频设备架构 如前所述,III-N半导体由于结合了宽带隙(3.4 eV)、高电子饱和速度(2 X107 cm/s),电子迁移率高(~2000平方厘米=V s).在最初的AlGaN/GaN HEMT研究中,由于其与其他宽禁带半导体相比具有优越的性能,其射频潜力已被注意到从那时起,深尺度GaN-on- sic晶体管的fT达到了0.450 GHz, GaN-on- si晶体管的fT达到了0.300 GHz。截止频率的提高是由以下因素共同推动的:高通道迁移率、卓越的载波约束(由于后屏障减少了短通道效应)、t型/蘑菇型栅极短栅极脚(LG, 80 nm)和大栅极头、小的接入区域长度(可能自校正过程)、良好的欧姆接触(接触电阻,0:2 Ω mm,使用再生的nþ触点)以及减少捕获(例如,通过改善表面钝化技术)。未来截止频率的改进,可能达到700ghz范围,将取决于外延结构的改进(更低的片电阻、更薄的屏障、更优越的载波约束)以及整体器件结构。显然,考虑到现有的挑战,这并非易事。在材料性能方面,通道的薄片电阻将需要减少到150 Ω/sq增加载流子密度,同时保持高载流子迁移率。短通道效应需要显著抑制,例如,通过使用薄肖特基势垒(纯AlN而不是AlGaN)、背势垒、和三栅这些修改增加了传统的AlGaN/GaN设备的复杂性。在制造方面,非常需要可靠的方法来实现闸门金属化(典型的t型/蘑菇型闸门,小门脚和大门头) GaN hemt一直是Ka波段和Ka波段以外PAs的主力。例如,早在2005年,AlGaN/GaN HEMT在40 ghz的情况下,在33%的功率添加效率(轨道电压为40 V)下表现出10.5 W/mm的性能传统的GaN/GaN hemt已被商业化应用于射频领域,下一代GaN晶体管技术的研究主要可分为外延结构和器件创新两大类。在外延方面结构,如ScAlN/GaN, AlN/GaN, n极性GaN/ AlGaN, InAlGaN和多通道(AlGaN=GaN)n。在ga极性的AlGaN/GaN HEMT中,通过增加势垒(AlGaN)厚度可以增强通道中的电子密度,这对提高射频器件的功率密度至关重要。然而,较厚的势垒会降低栅极电容,从而导致较差的栅极控制以及低的跨导。n极性GaN-HEMT器件的一个主要优点是它解耦了这两个参数:2-DEG密度和势垒厚度,与镓极性横向器件相比,它可以在更高的频率获得更高的功率密度。此外,在n极器件中,当AlGaN层置于GaN通道顶部时,极化场与反向偏置栅-漏结产生的电场相反。这与镓极性HEMTs形成对比,在镓极性HEMTs中极化场方向相同,外加栅极-漏极反向偏置可以迅速降低栅极注入电子的隧穿势垒。所有这些优点加上原子沉积的Ru栅极技术,导致了在94 GHz.功率密度(6.2 W/mm)和功率附加效率(33.8%)方面的创纪录性能另一个材料创新是在GaN HEMT器件中使用ScAlN作为阻挡层。由于ScAlN具有较高的自发极化系数,ScAlN/GaN的晶格匹配可达2X与In0:18Al0:72N=GaN.栅格匹配的sc基势垒可以实现无应变的高片层电荷密度,并可以提高可靠性和薄势垒导致更好的射频性能。 具有横向门控多个2-DEG通道的gan基场效应晶体管(桥式双栅场效应晶体管)的独特工作原理,展示了适用于高效线性毫米波功率放大器应用的器件特性。在这些器件中,埋在Al(Ga) N/GaN HEMT外延结构中的平行栅极与2DEG通道层形成侧向肖特基接触与传统的晶体管相比,没有顶部栅极触点使得该器件的工作原理与众不同;漏极电流仅通过调节二极体的宽度来控制,同时保持其薄片电子密度。桥式场效应晶体管的优点包括:(a)可以忽略的电流崩溃,(b)由于改进的静电导致的低输出电导,(c)高度均匀的电容,(d)与t门HEMT相比gm3低。 为了实现5G基站更高的功率输出等,设备结构方面的根本性创新是必要的,除了目前的横向结构(载波在通道中横向移动),可能还可以从垂直功率晶体管的发展中吸取宝贵经验。这些垂直结构提供了几个好处,包括高击穿电压(由漂移区域的厚度决定),单位芯片面积的高功率密度(由于垂直方向的体积传导),更均匀的散热(由于体积传导),以及可能更好的可靠性(由于没有表面状态的埋道)。关于垂直器件射频特性的早期研究已经证明其适合于射频应用。最近的实验校准模拟的概念证明单鳍垂直FinFET预测输出功率为0.15 W/mm在Ka波段实际的垂直finfet通常采用大面积阵列,这可以显著增加设备的功率输出虽然初步结果是有希望的,进一步的研究需要解决材料和制造的挑战,以实现这种创新的设备结构 报道了使用横向门控结构和倾斜门凹来解决GaN器件的线性问题 finfet允许在同一装置(共用三个晶体管终端)中组合多种不同类型的鳍片(每一种鳍片给出不同的阈值电压,VTH),从而允许灵活的鳍片分布线性类似的概念已用于横向门控装置和改进的鳍分布 GaN CMOS技术是一项根本性的创新,它可能同时提供更高的线性度和射频效率。基于CMOS的电路拓扑,相对于单一类型的逻辑,已被证明有利于线性此外,使用p- fet作为负载可以在输出节点提供高的输出电阻,同时节省急需的芯片面积(相对于使用电感器)。

  • 发表了主题帖: GaN射频电路及应用

    与GaAs、Si和SiGe相比,GaN技术为卫星通信和5G蜂窝通信等射频功率应用提供了理想的材料特性。如图12所示,由于GaN在2-7 GHz (FR1波段)和毫米波波段(.24GHz, FR2波段),GaN主导射频功率应用。对于第五代(5G)及以上无线通信,基站发射机需要更宽的信号调制带宽(> 100-400 MHz)。宽卡波段卫星通信也有类似的趋势。功率放大器是大功率无线电发射机中最耗电的部分,因此提高功率放大器的效率一直是研究的重点,也是本节讨论的主题之一。在最近的工作中,先进的节能PA架构(例如,Doherty放大器)与尖端的GaN HEMT器件相结合,显示出了出色的性能图13说明了GaN设备特性对运营商的PA指标和系统级优势的影响,例如更小的占地面积和降低总拥有成本(设备资本、能源和热管理费用)。值得注意的是,射频发射器的紧凑性和热处理是5G大规模多输入多输出(MIMO)和小型蜂窝基站的一些关键系统级要求,其中许多紧凑的射频前端模块,包括PAs(例如,64或256天线元件半波长间隔面板),作为有源天线安装在城市和郊区的波束形成目的。GaN PA技术在这里显示出自己是一个非常适合的解决方案。 图12:当前高频应用的射频功率器件技术。 在几个新兴的宽带GaN PA技术中,包括连续模式(即j类)、移相、包膜跟踪(ET)和先进的Doherty,这里我们重点介绍了两种有前景的技术:超高速切换模式和人工智能(AI)辅助射频PA。这两种PA架构,结合上述GaN设备的优点,显示出在下一代无线电传输中高效放大宽带无线电信号的巨大潜力,其中动态频谱分配/共享和无线电流量是重要的考虑因素。 如图14所示,在保持所需的线性规格的同时,更高的功率效率是蜂窝应用射频PA进步的主要驱动力。针对不同世代的移动通信提出了各种PA架构。传统的Doherty PAs使用LDMOS和GaN(近年来)已经成为发射机基础设施的主要组成部分,这得益于它们相对简单的实现(即模拟功率分配器和合成器)和30%-40%的竞争功率效率。与下一代RF PA设计相关的许多创新正在发生,如ET PA和数字辅助Doherty放大器,GaN hemt由于其更快和更低损耗的开关特性而被采用,这是基于RF开关的电路设计的关键。有报道称,使用GaN ET电路设计的无线和雷达应用在越来越宽的瞬时信号调制带宽(20-80 MHz)和更高的工作频率上具有良好的结果。 一个5 W的芯片(尺寸为1 x2.4mm2在0.15 μm GaN HEMT工艺中制备了一种先进的软开关ET调制器,也被称为开关buck变换器(SWBC)。软开关采用二极管和电感与GaN fet的输出电容在开关频率共振,如图15(a)所示。软开关最大限度地减少了整体的功率损耗,这与开关频率成正比,因此可以在更高的开关频率上对未来更宽频带调制信号进行高效放大。在开关频率超过10 MHz的情况下,使用Si-LDMOS实现低寄生是非常需要和具有挑战性的。图15(b)显示了软swbc和硬开关BC (Hard-SWBC)的开关频率依赖关系。在200 MHz的开关频率下,被测量的在20 MHz调制信号下,6.5 dB PAPR(峰值平均功率比)的软swbc效率为77%。即使在450mhz的高开关频率下,仍然保持了67%的总效率(与Hard-SWBC相比,>的效率提高了20%)。在3.6 ghz时,包括ET转换器在内的射频PA整体效率超过47%在2020年,FBH报告了一种0.25 μm栅长GaN hemt的包络调制器设计,支持300 MHz调制带宽超宽带调制信号的效率超过60%。GaN开关应用的一个实际挑战是设计栅极驱动级,以高速和高效地正确打开和关闭最后一级。这一直是GaN交换应用的瓶颈之一。一个混合模块实现了一个前置放大器MMIC,一个开关模式驱动级MMIC,和一个带有分立元件的电荷泵,达到900 MHz的开关频率。 GaN Doherty放大器在毫米波波段显示出良好的性能在最近的工作中,GaN Doherty芯片的尺寸为2:7 x1:6 mm2的峰值功率附加效率(PAE)达到23%,在27.5 - 29.5 GHz的频率上,8 dB的回退PAE达到15%。输出功率超过3 W的回退PAE是ka波段(频率27 GHz) MMIC放大器中最高的PAE之一。图16为应用数字预失真技术前,MMIC GaN Doherty芯片在载频为28.5 GHz的64QAM 100 MHz调制信号下的测量输出功率谱。总之,这些研究表明,采用尖端GaN hemt设计的先进PAs是sub-6 GHz和mm-wave波段的强大解决方案。 (a) GaN软开关电路。(b)软开关和硬开关降压变换器的开关频率性能比较。

  • 2022-07-25
  • 发表了主题帖: GaN及应用理解

    GaN 技术不仅在功率和射频电子领域获得了广泛关注,而且还在迅速扩展到其他应用领域,包括数字和量子计算电子产品。本文概述了未来的 GaN 器件技术和先进的建模方法,这些方法可以在性能和可靠性方面突破这些应用的界限。虽然 GaN 功率器件最近已在 15-900 V 类别中商业化,但新的 GaN 器件对于探索更高电压和超低压功率应用来说是非常可取的。进入射频领域,超高频 GaN 器件被用于实现数字化功率放大器电路,并且可以期待使用硬件-软件协同设计方法的进一步发展。即将到来的是 GaN CMOS 技术,实现具有集成数字、电源和射频电子技术的全 GaN 平台的关键缺失部分。尽管目前是一个挑战,但高性能 p 型 GaN 技术对于实现高性能 GaN CMOS 电路至关重要。由于其优异的传输特性和通过极化掺杂产生自由载流子的能力,GaN有望成为超低温和量子计算电子学的重要技术。最后,鉴于新设备和电路的硬件原型制作成本不断增加,预计未来的趋势是使用高保真设备模型和数据驱动的建模方法进行技术-电路协同设计。在这方面,物理启发、数学稳健、计算量少和预测建模方法是必不可少的。 GaN 器件作为一种在电力电子应用中展示出众多优势的技术,越来越得到更广泛的认可,射频,最近在数字和超高温和超低温电子领域。GaN 技术的一个主要优势在于其在极高和极低温度环境中运行的独特能力。由于其独特的材料属性,包括宽带隙和出色的传输参数,GaN 可以满足各种工业应用的高温、高频和高功率需求5,6包括深井钻探、汽车和航空航天。同时,基于 GaN 的器件可以在与超导和量子计算应用相关的极低温度环境中运行。由于其极化诱导掺杂,GaN 可以克服其他技术(如掺杂硅)的载流子冻结挑战。 功率半导体行业专注于广泛的应用领域,从照明和电网到汽车等。目前,GaN 高电子迁移率晶体管 (HEMT) 产品已商业化,可在 15-650 V 范围内运行。与 Si 相比,GaN HEMT 提供更高的开关频率,因此被广泛用于高速无线充电和电气化运输。原生衬底上的垂直 GaN 功率器件已接近商业化,10,11而在外国衬底上制造的垂直结构,如低成本硅、蓝宝石和工程衬底,也正在研究中。除了高压产品,GaN 技术还为超低压产品(例如 15 V 以下)提供了独特的机会。基于超结概念的新一代 GaN 器件在功率应用中显示出巨大的优势。 目前,RF 是 GaN 技术的下一个最著名的应用。与基于传统技术的功率放大器相比,基于 GaN 的功率放大器 (PA) 可提供显着增强的射频性能(即功率密度和带宽)。为了进一步提高用于毫米波操作的 PA 效率和带宽,本文讨论了 PA 的数字化以及设备和电路级别的软硬件协同设计。在器件层面,与横向结构相比,新型外延异质结构和架构,例如利用从 GaN 电力电子应用中获得的知识的垂直器件设计,可以提供更好的热分布、更高的击穿电压和功率密度。我们还简要讨论了 3D 电子气梯度通道器件等创新,FinFET 技术,和数字 GaN CMOS 技术14以提高射频线性度。 对于数字和超低温应用,与硅和 III-V 技术相比,GaN 具有显着优势。GaN 的宽带隙抑制了带间隧穿和栅极引起的漏极泄漏,从而降低了静态功耗。然而,仍有许多挑战需要解决,其中之一是缺乏高性能 p-FET GaN,这是实际实现 CMOS 电路的必要技术。另一个挑战与 GaN-on-Si 晶圆的高缺陷密度有关,但工程基板有望产生更好的结果。 量子计算电子产品是 GaN 技术应用的下一个前沿。量子比特管理和相关组件的进展有望实现大规模硬件集成或/和“片上量子计算”的潜力。我们看到了令人兴奋的低温 GaN CMOS 电子学研究新途径,用于量子计算中的控制和读出操作,以及在 III 族氮化物技术中使用氮空位 (NV) 中心作为稳健的量子比特。 本文最后讨论了 GaN 器件的建模,强调建模可以作为一种工具来补充性能和可靠性研究中的传统实验方法。鉴于 GaN 器件通常受到退化机制的限制,尤其是由陷阱和机械应力和热应力引入的退化机制,因此需要开发将可靠性物理与载流子动力学相结合的建模框架。此外,必须研发与电路兼容的紧凑型器件模型和工艺设计套件,以实现材料-器件-电路-软件的协同设计和协同优化,并实现不同 GaN 技术的交叉融合。

  • 发表了主题帖: 网络的“GaN-do”态度

    氮化镓,更亲切地称为“GaN”,不是最新的加密货币,也不是你可能在高中化学课上学到的东西。GaN 是一种化合物半导体,根据应用有多种形式。这些包括: GaN-on-silicon 或 GaN-on-Si 碳化硅上氮化镓或碳化硅上氮化镓 锗基氮化镓或锗基氮化镓 金刚石基氮化镓 还有我个人最喜欢的 GaN-on-hexagonal 氮化硼或 GaN-on-h-BN 无论味道如何,GaN 都意味着力量。GaN 在更高的温度和更长的使用寿命下可靠运行,非常适合恶劣环境中的航空航天和国防应用。例如,自 1990 年代以来,GaN 已用于空间应用、通信系统和有源电子扫描阵列 (AESA) 雷达。 您不断增长的曲目的另一个首字母缩写词。 直到最近,GaN 还意味着昂贵。用于高度可靠的军事应用的 GaN 器件传统上采用陶瓷或金属封装。 如今,塑料封装使 GaN 对商业市场来说更实惠、更具吸引力。塑料允许更轻的产品和设计灵活性,这对于商业应用都很重要。无线基础设施提供商还可以使用塑料封装中的 GaN 来升级现有系统,从而节省升级时间和金钱,而无需创建全新的设备。   用于网络的 GaN GaN 在更高带宽下提高了射频性能和系统效率,这是当今高速网络所必需的。事实上,GaN 放大器比传统技术提供更高的输出功率,同时将功耗降低多达 20%。 除了节能之外,GaN 还通过大大减少材料浪费和生产由砷化镓 (GaAs) 或硅制成的线路放大器所需的能源来支持其他绿色计划。由于 GaN 固有的坚固热特性,它非常适用于长期可靠性是关键因素的下一代网络。 所有这一切都意味着网络提供商的运营成本更低,消费者的无线服务更可靠、成本更低。 虽然在网络方面仍处于起步阶段,但 GaN 已经产生了重大影响。在有线电视领域,GaN 已启用DOCSIS 3.1,这是一种 CATV 标准,允许有线电视提供商使用现有的有线电视基础设施提高网络速度。 新的 DOCSIS 3.1 标准将有效下行“下载”数据速率从每秒 160 兆比特 (Mb/s) 提高到每秒 10 吉比特 (Gbit/s),并将上行“上传”数据速率从 120 Mb/s 提高到 1 Gbit/ s 与 DOCSIS 3.0 相比。对于消费者而言,这意味着高清电视 (HDTV) 和视频点播 (VOD) 服务。 当您最喜欢的Stranger Things角色在高清中与怪物作战时,感谢 DOCSIS 3.1(和 GaN)。 GaN 还对将信号从信号塔传输到手机的蜂窝基站产生影响。带宽是一种有限资源。因此,随着数据需求的增加,网络运营商必须提高其基站的性能,同时管理多余的热量。GaN 能够应对挑战,具有出色的热性能以保持基站冷却。   5G 的出现使 GaN 变得更加重要。大功率、高频和热管理是使第五代蜂窝网络成为现实的三大要素。 GaN走向移动? GaN 进入手机也只是时间问题。智能手机制造商将需要 GaN 来达到 5G 所需的更高毫米波 (mmWave) 频率。 挑战在于以较低的电压水平运行 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 伏。在手持设备中,平均范围为 2.7 至 5 伏。我们已经在研究新的工艺技术和封装技术,以使 GaN 能够在这些低电压下运行。 最终,当我们使用毫米波时,GaN 在功率尺寸和效率方面将比当今的技术具有明显的优势。预计在 2020 年代初至中期的移动设备中看到毫米波。 然后,它的 GaN 开启!

  • 发表了主题帖: RF PoL:负载点转换器的特殊品种

    我们周围的空气是从几十 kHz 到几十 GHz 的无线电发射的海洋,发射器的功率水平从毫瓦到兆瓦,用于最大的“长波”广播电台。我们可能都熟悉Wi-Fi、蓝牙、Zigbee 和许多基于射频的电视遥控器,例如汽车钥匙,但爆炸区域是5G,通常使用 2.5 – 3.7 GHz 频段并扩展到高达 70 毫米波千兆赫。这不仅受到全球个人手机用户激增的推动,还受到物联网 (IoT)连接的推动在家庭、商业和工业环境中。自动驾驶汽车也将加入其中,有报告预测,到 2025 年,来自联网设备的总流量将达到 160 艾字节左右,在某些地方每平方公里超过 100 万。 与早期标准相比,5G 承诺的高达理论上 10-50 Gb/s 的潜在数据速率是由更高的操作频率实现的,但这是以覆盖范围为代价的,在 70 GHz 时约为 1.5 公里。这意味着所有相关的基础设施都需要更多的“单元”。5G 小区分为覆盖类别,从最高功率到最低功率,范围相应缩小:“metro”、“micro”、“pico”和“Femto”。采用多输入多输出 (MIMO)技术的城域小区以超过 100 W 的功率传输,而毫瓦级的毫微微小区运行。 所有单元都包含一个射频功率放大器 所有单元类型的一个共同特征是射频功率放大器,即图 1中的“PA” 。这提供了功率放大,通过接收小的射频信号来驱动天线,从而实现最高的效率和辐射信号水平。在4G及更低频率下,LDMOS 晶体管已被普遍使用,并且能够提供 kW 级输出,但对于较小的分布式 5G 电池的更高频率和更低功率要求,现在首选氮化镓 (GaN)器件,因为它们的损耗更低,大电压处理能力和出色的热性能。 图 1:典型的小区射频部分轮廓 在图 1, PA 级的“功率”被简单地显示,但它是传输的最佳效率和光谱纯度的关键因素。LDMOS PA 通常需要 26-32 V 和 GaN 28-65 V,电源必须能够响应快速负载变化而不会出现明显的过冲和下冲,同时保持其标称电压准确。负载因发射而异,因为发射功率由数据调制,并针对干扰、能量和连接管理进行动态调整。即使使用 GaN,RF PA 效率也只有 60% 左右,因此对于较大的“地铁”电池,PA 电源可能需要能够在 50 V 时提供超过 200 W 或 4 A 的功率。电源总是会切换-mode 类型,因此会产生其自身的噪声,该噪声必须处于非常低的水平, 考虑到所有这些限制,可以采取的一种方法是使用非隔离负载点稳压器或 RF PoL。PoL 可能与在数十或数百安培下产生低于 1 V 电压轨的 CPU 相比更为熟悉,但 RF PA 应用对负载电压精度的要求相同,具有快速动态响应和低噪声。然而,具有高输出电压的 RF PoL 与 CPU 版本的设计不同。它可能是类似的拓扑结构,通常是降压转换器,但较高的输出电压直接影响可达到的效率、器件额定值和控制回路设计。特别是,较高的电压摆幅和高效率所需的快速开关边沿可能会带来噪声问题。  评估 RF PoL 的示例 提供合适的 RF PoL,例如Qorvo的ACT43850. 这是一款采用宽带隙 (WBG) 晶体管的降压控制器,输入范围高达 150 V,输出可编程为 20 至 55 V,额定电流高达 20 A。Qorvo 器件的一个特点是具有高浪涌电流能力,超过 20 A,非常适合 RF PoL 的峰值功率需求。评估此类部件的性能包括检查给定负载的控制回路稳定性,这可以通过测量响应时间和瞬态负载期间的任何过冲或下冲来完成。0 到 20 A+ 不是现实的负载情况,因此在这种大信号环路响应情况下监控输出电压瞬变会产生误导性结果。显示真正小信号响应、验证控制回路稳定性的更现实的设置是应用更高的电流并叠加更小的负载阶跃,例如 20 A 与 2 A 阶跃,具有定制的测试安排。在实践中,由于 20 A 是该部件的峰值额定值,并且由于热原因无法维持,因此可以在适当的占空比下应用 0 A – 20 A – 22 A – 20 A -0 A 的步长,以限制温升.图 2显示了在 Qorvo RF PoL 上使用这些值的示例结果。 图 2:RF PoL 的负载瞬态测试 输出电压为黄色,此处为 0 V – 50 V – 0 V 脉冲,红色曲线为输出电流。这确实显示了从最初的 20 A 开始下降的斜率,但这是交流耦合探头的影响。实际上,它是一个常数 20 A,在图的中间有一个 2 A 的台阶,然后下降到 20 A,然后下降到零。蓝色的 2 A 阶跃的输出电压瞬态持续时间约为 20 µs,偏移约为 150 mV,或仅为 Vout 的 +/-0.3%,这是一个非常值得信赖的性能,+/-5% 更多典型的低压 PoL。这种特殊 RFPoL 的环路响应时间非常快,甚至可以考虑通过其数字接口实现“包络跟踪”。当负载转换为 0 – 20 A 和 20 A – 0 A 且偏移远非对称时,可以看到大信号响应的演示。在正向负载阶跃上,它阻尼不足但速度很快,而在负向阶跃上,它对波形的异常“扭结”响应更阻尼但更慢。这表明控制环路在其线性范围之外运行,可能会使误差放大器暂时饱和,然后需要时间重新建立正确的运行偏置。在测试的 Qorvo 部件的情况下,这具有同步整流功能,因此不对称不是由降压工作模式的变化或不连续和连续导通引起的。它对波形的异常“扭结”响应更阻尼但更慢。这表明控制环路在其线性范围之外运行,可能会使误差放大器暂时饱和,然后需要时间重新建立正确的运行偏置。在测试的 Qorvo 部件的情况下,这具有同步整流功能,因此不对称不是由降压工作模式的变化或不连续和连续导通引起的。它对波形的异常“扭结”响应更阻尼但更慢。这表明控制环路在其线性范围之外运行,可能会使误差放大器暂时饱和,然后需要时间重新建立正确的运行偏置。在测试的 Qorvo 部件的情况下,这具有同步整流功能,因此不对称不是由降压工作模式的变化或不连续和连续导通引起的。  输出噪声在 RF PoL 应用中至关重要 在开关稳压器输出上准确测量高频噪声总是很困难。共模和差模元件结合起来,拾取失真结果。对于 RF PA 应用,实际上重要的是传输信号的纯度和相关的“杂散”水平——载波频率周围的外来线路发射。因此,使用频谱分析仪测量转换器在实际工作条件下的频谱噪声密度是一个更好的比较指标。以全峰值功率运行的 RF PoL 必须交流耦合到典型的 50 欧姆分析仪输入。例如,这是通过使用具有接近零电容的无源高频、高阻抗探头来完成的,以避免电路负载和探头谐振引起的噪声峰值。 探头通常可能具有 x20 衰减,因此需要一个前置放大器来将信号显着提高到频谱分析仪本底噪声之上并匹配其 50 欧姆阻抗。探头、前置放大器和分析仪之间的电缆应经过验证,并包含在测试设置的任何校准程序中。这可以通过已知的精确噪声源来促进,以确保结果可信。图 3中描述并显示了合适的校准和测试设置。 图 3:为 RF PoL 设置的精确噪声测量测试 典型结果如图 4 所示,下图叠加了来自测试设置的本底噪声,显示了良好的测试裕度。 图 4a/4b:典型 RF PoL 的噪声频谱功率密度图 尽管与图 4 的曲线无关,但 RFPoL 噪声对 RF 传输频谱的典型影响可以在图 5的示例中看到,PoL开关频率“杂散”在 500 kHz 处引入,大约低于 67 dBm倍数更低的承运人。 图 5:显示 RF PoL 开关噪声“杂散”的典型电池输出频谱。 PoL 噪声输出可以通过时钟频率“抖动”技术进行修改,以扩展和减少噪声频谱中的峰值——这一功能可以通过I2C和 GUI在Qorvo PoL中远程启用。PoL 时钟与外部信号同步也可以避免不确定的“跳动”效应。  结论 RF PA 级的直流电源对于获得最佳性能至关重要。在验证负载瞬态响应和输出噪声水平时,专为该应用设计的负载点转换器可能是一个很好的解决方案。RF PoL 在医疗、测量、激光电源等领域也存在其他潜在应用。

  • 发表了主题帖: 什么是 GAN 半导体技术,它是如何工作的?

    几十年来,电子和技术行业一直依赖硅作为其生产中使用的主要半导体芯片。但最近,这种芯片一直很稀缺,因为它的需求比供应更重要。 许多专家甚至预测,这些行业需要很长时间才能从硅的稀缺中恢复过来。然而,许多公司现在都在使用氮化镓 (GaN)。GaN 比硅更小、更高效、更环保。它也更快更容易制作。   图片来源:维基百科 GaN 半导体更适合用于更复杂环境的设备,因为它们可以承受更高的温度。GaN 正在电子和技术领域创造创新的变化和连锁反应。尽管硅芯片是将能量转化为电能的小工具的重要组成部分,但它正在缓慢但肯定地被 GaN 取代。 什么是 GaN 半导体技术,为何如此重要? GaN由原子序数为31的镓和原子序数为7的氮组成。GaN是一种二元宽带隙半导体。它与具有非常高功率和温度的晶体管更兼容。GaN 还用于激光器、半导体功率器件等。尽管 GaN 自 1990 年代以来一直在使用,但在 2006 年得到了增强,允许在工厂以相同的工艺生产 GaN 晶体管和硅。唯一的区别是 GaN 具有成本效益并且比硅具有更好的性能。 所有半导体都有带隙,但它们总是不同的。带隙决定了半导体的导电能力。例如,GaN 的带隙为 3.4eV,而硅的带隙为 1.2eV。 这种带隙差异意味着 GaN 晶体管可以承载比硅晶体管更高的温度和电压。这也意味着当硅晶体管达到极限时,GaN 晶体管才刚刚起步。这使得 GaN 更适合具有高频率和高功率的设备。 虽然它们的形状比硅晶体管小,但 GaN 晶体管可以方便地处理比硅更广泛的电场,同时具有更快和更好的开关。 GaN 技术正变得越来越流行,因为它们提供了更好的输出和性能。此外,GaN 技术减少了提供输出和性能所需的空间和人力资源。它们也可用于各种产品。 预计到 2030 年,A Silicon 到 GaN 的数据中心升级将使能量损失减少 30% 到 40%。这意味着节省了超过 125 公吨和 100 太瓦时的二氧化碳排放量。这是可能的,因为 GaN 半导体的碳足迹是硅芯片的 10 倍。 此外,随着 GaN 技术的改进,它将变得比硅更具成本效益,并且具有更好的性能。因此,GaN晶体管很有可能在未来取代硅晶体管。 氮化镓半导体技术的优势 与其他对应物硅半导体相比,GaN 半导体具有多个优势。以下是一些优点: GaN 半导体比硅具有更高的频率和温度。结果,它们冷却得更快,减少了磁性,并迅速从液体冷却转换为空气冷却。 GaN 半导体比硅更具成本效益。它们还降低了能源成本,这意味着更少的材料成本和尺寸。 它们具有更高的开关频率。这是因为 GaN 半导体在其电源电路中使用更小的电容器和电感器。这确保了它们的频率成为电感和电容的 10 倍,从而显着降低了体积、成本和重量。这也意味着它们可以承受更大的电场。 GaN 半导体技术如何工作? GaN半导体用于集成电路和功率晶体管以实现高效率。在氮化镓 (GaN) 晶体上生长一层薄薄的氮化铝镓。在界面处产生产生 2DEG(二维电子气)的应变。 当引入电场时,这种高导电性 2DEG 可用于有效传导电子。2DEG 具有高导电性,因为电子被限制在界面处的小空间内。 这导致电子的迁移率从大约 1000cm^2/Vs 增加到 1500 到 2000cm^2/Vs 之间。并且由于电子的高迁移率,GaN集成电路和晶体管具有更好的强度、导热性、电阻和更快的开关动量。 GaN RF 器件被用于在笔记本电脑、手机和 Wi-Fi 中实现更好的传输。GaN 还用于适配器和充电器为它们供电。它的半导体也被用于数据服务器中心。它们被广泛用于不同的应用。这表明它们是多么灵活和动态。 最后的想法 GaN是下一代半导体。并且随着氮化镓在集成电路和晶体管中的性能和潜在能力的提高,科技公司应该更加关注它。 GaN 半导体具有更快的开关速度,从而降低了开关损耗。它们也不需要太多功率来驱动电路。与硅芯片相比,它们在更高的温度和频率下工作。毫无疑问,GaN 半导体是技术和电子行业的下一个游戏规则改变者。

  • 发表了主题帖: GaN Power HEMT > 650 V:与 SiC MOSFET 的参数分析和比较

    在过去几年中,SiC MOSFET 在高压 (>600V) 和大功率应用中占据主导地位。热导率、高临界场、大大提高的开关效率以及在其表面形成二氧化硅的能力等优势使其能够在关键工艺、设计和可靠性方面得到改进,从而使其能够在一些高增长应用中大规模使用,例如在用于车载充电器、牵引逆变器和直流到直流转换器、光伏逆变器、电机控制、运输系统和电网的电动汽车。 早在 1990 年代,关于 GaN 的大多数研究都集中在蓝色和最终白色 LED 和激光器的制造上。约 3.4 eV 的直接带隙,通过金属有机 CVD (MOCVD) 创建的异质结层形成具有 Al、In、P 和量子限制的四元层的能力为此奠定了基础。然后利用这项工作来利用高电子迁移率晶体管 (HEMT) 中实现的高电子迁移率和饱和速度来制造远优于其硅对应物的射频器件。正是在 RF MMIC 领域,GaN PoweHEMT 工艺和设计技术得到了显着改进,如今,它们构成了一些重要的通信、雷达和电子战设备的主干,其中一些设备的额定频率超过或等于 RF X - 频带频谱(8.5 至 11 GHz)。 这些射频设备的电压范围通常在 <200V 范围内。横向 HEMT 器件相对于垂直 V-DMOS 具有天然的缺点,通常用于SiC MOSFET 以创建 HV 器件(代表性器件横截面见图 1 (a) 和 1(b))。栅极和漏极之间的横向漂移区中的高表面电场通常会限制高电压限制,并且在塑造/降低电场的场板技术方面的一些进步将允许提高该额定值。 图 1 (a) GaN Power HEMT 器件结构和图 1 (b) SiC VDMOS 器件结构   表 1 列出了 SiC 和 GaN 的一些关键材料特性。 表 1:SiC MOSFET 和 GaN Power HEMT 的一些关键材料特性。BFOM 是 Baliga 品质因数 应该注意的是,尽管文献中引用的体 SiC 迁移率要高得多(约 700 到 1000 cm2/Vs),但在 MOSFET 中获得的迁移率要低得多,尽管这是由于 SiC/SiO2 处的俘获位点界面。在形成器件传导通道的 AlGaN/GaN 界面处形成的二维电子气 (2-DEG) 上观察并报告了 GaN Power HEMT 列出的迁移率。 从最初对射频器件的关注开始,在 GaN 晶体管方面取得了巨大进展,以提供 HV 功率 FET 范围内的器件。Transphorm、ST Microelectronics、GaN Systems、Cambridge、Innoscience、GaN Power International 和 Texas Instruments 等多家公司提供额定电压为 650V 或更高的器件。从电压的角度来看,这达到了一些 EV 应用的最佳位置,例如 2 级车载充电器 (OBC) 和其他长期以来被认为属于 SiC 领域的应用。GaN 提供更低的终端电容和更高的迁移率,允许器件缩放和更快、更高效的开关。没有 pn 结也不会导致开关的反向恢复损失。传热和封装成为关键限制,现在很多研究都集中在改善这一点。 下面的图 2 和图 3 说明了 GaN 在这些应用中的扩展空间。 GaN在SiC功率FET领域的成长空间 图 2:GaN 在 SiC 功率 FET 领域的成长空间 图 3:GaN Power HEMT 的电压与频率空间使用情况 GaN 的生长通常在 SiC 或 Si 衬底上进行。缓冲层有助于缓解晶格失配造成的压力。RF GaN 制造商通常选择 GaN on SiC 方法,以利用 SiC 对高功率密度放大器的卓越热能力。功率 FET 行业选择了 GaN on Si 方法。硅衬底提供了一种更便宜的方法,也为 200 毫米晶圆制造提供了一条更简单的途径。Innoscience 在中国的 8 英寸 GaN on Si Fabs 已经证明了这一点。 GaN Power HEMT 器件自然是耗尽模式器件(或 d 模式:常开,需要负 Vgs 才能关闭)。对于大多数功率 FET 应用,增强模式(或 e 模式:常关,0V 应关闭器件)行为是必不可少的。为此,使用了两种不同的方法。一方面,可以使用 p 型 GaN 或 AlGaN 栅极来修改势垒高度,在该层下方创建一个耗尽区,从而创建一个常关器件。这种方法受到许多人的青睐,用于生产 e-mode HEMT 器件。另一种方法是将 LV Si-MOSFET 与 GaN 器件串联,如图 4 所示。 两种方法之间存在权衡。虽然单 e-mode 器件使用更简单,并联器件的复杂性更低,并提供出色的电容和反向恢复特性,但问题是由于 p-AlxGayN 的特性,很难实现远高于 1.5V 的阈值电压层。这使门容易受到开关噪声和杂散器件行为的影响。 图 4:级联排列的 GaN d 模式 HEMT 使用共源共栅方案获得了更加稳健的栅极,Vt 处于有利的≥ 2.5V 范围内。较高的栅极裕度可以实现更直接的栅极驱动器。 为了比较设备行为以及每种方法的优缺点,下面的表 2 中给出了参数分析。在此分析中,选择了四个器件,两个 SiC MOSFET 和两个 GaN Power HEMT。所有四个都具有大约 650V 的最大 Vds 工作电压和大约 20 mOhms 的 25C Rdson 额定值。两个 GaN 器件标记为 G1 和 G2,而 SiC 器件标记为 S1 和 S2。此外,器件 S2 和 G2 使用相同的封装,因此在这种情况下可以忽略封装引起的某些 AC 特性的差异。 2 个 SiC 器件 S1、S2 与 2 个 GaN 功率 HEMT 器件 G1、G2 的参数比较 表 2:2 个 SiC 器件 S1、S2 与 2 个 GaN 功率 HEMT 器件 G1、G2 的参数比较 关注的参数以黄色突出显示,有利的参数以绿色突出显示。显而易见的是,具有单一 e 模式器件的 G1 提供了 GaN 的一个关键优势,即没有反向恢复电荷 Qrr。然而,高得多的 I gss栅极泄漏也突出了较差的栅极裕度。另一方面,G2 具有良好的栅极裕度,与 SiC 非常相似,但 Qrr 相应增加。 通常,较低的栅极电荷 Qg 在两种 GaN 功率 HEMT 中都突出显示。这可以显着改进硬开关应用。 表 2 中突出显示的 GaN 的一个明显缺点是 Rdson 的温度系数较差,在 150C 时 ≥ 25oC Rdson 的两倍。也有人认为,如果目标是满足某个 150oC 的 Rdson,则 GaN 器件实际上必须在 25oC 时有多余的裕量,并相应增加芯片尺寸和栅极/输出电容。Rdson 的增加使得更并行的设备方法更加关键。由于寄生元件种类繁多,特别是在级联排列中,并联 GaN 器件可能会带来挑战。具有自适应控制的集成栅极驱动器可能是一种可能的解决方案。

  • 2022-07-21
  • 发表了主题帖: GaN 技术的过去和现在

    氮化镓 (GaN) 晶体管于 20 世纪 90 年代亮相,目前广泛应用于商业和国防领域,但工程应用可能大相径庭。不相信?可以理解。但在您阅读本书之后,可能会成为忠实支持者。 GaN 的普及根植于其高电源和高电压功能。这些特性使其适用于许多应用,包括微波射频 (RF) 和功率开关应用。 GaN 独特的材料属性使其成为许多应用全新首选技术,如 5G 通信、汽车、照明、雷达和卫星应用。但 GaN 制造商和开发人员并不止步于此。他们继续通过技术革命来推进 GaN 的发展。这些创新将在未来继续开拓新的应用领域。 本书提供了牢固的 GaN 基础知识。它着眼于技术和 GaN 实现的驱动因素,以帮助您了解普及 GaN 的益处。它还调查了目前各行各业使用 GaN 的成熟和前沿应用。阅读本书之后,您将了解 GaN 如何在电子工程行业掀起一场革命,及其如何继续保持这一势头。 傻瓜式假设 之前提到,大多假设已不再关乎使用,尽管如此,我们仍然做出以下假设。我们主要假设您是技术或半导体行业的利益相关者,并且长期关注 GaN 等技术。您可能是工程师、设计架构师、技术员、技术主管、销售人员、技术学员或投资者。我们还假设您对半导体技术有一定的了解。因此,本书的主要受众为了解一定技术的读者,比如您。 果真如此的话,本书正适合您!如果都没猜中,您也要读下去。这本书很有用,读完后,您会对 GaN 技术有一个初步的了解! 氮化镓 (GaN) 技术是一项相对较新的半导体技术,正在彻底改变当今世界。GaN 的优势源于其独特的材料属性 :宽带隙、高击穿电压、高热导率、高电子迁移率和高饱和电子速度。 本章首先介绍关于 GaN 及其优势的一些基本事实,然后对使用 GaN 的行业和应用进行调查。   GaN :过去和现在   20 世纪 90 年代初,人们首次认识到 GaN 作为一种大功率和高频半导体晶体管材料的潜力,并开始不断探索。到 2000 年代中后期,GaN 就已经用于国防和航天领域的生产应用,以及固态照明发光二极管 (LED) 的商业应用。 自那时起,GaN 逐渐被射频 (RF) 电子领域接受,并广泛部署于 5G 等商业无线应用。GaN 材料的改进可实现高功率密度、高效率射频放大器,并推动了射频技术的应用。  像砷化镓 (GaAs) 和磷化铟镓 (InGaP) 一样,GaN 是一种 III-V 直接带隙半导体技术。III-V 化合物半导体是一种含有元素周期表中 III 和 V 族元素的合金。(我们将在第 2 章详细地讨论这些内容。)  许多半导体市场分析师仍将 GaN 描述为一项相对较新的技术。然而,在短短的几年时间里,GaN 已经从新秀一跃成为许多应用领域的领跑者。GaN 不仅取代了根深蒂固的现有硅技术,如横向扩散金属氧化物半导体 (LDMOS),而且在与 GaAs 等其他技术组合使用时,还有助于提高整体系统性能。  GaN 能够补充 GaAs 等现有技术的不足,从而有助于加快其在国防与商业应用领域的普及。GaN 还有助于提高系统性能,以满足下一代系统对更高功率、频率和效率的要求。因此,它开始成为带宽更宽、频率更高的全新射频应用的首选技术。   了解 GaN 的全球市场影响力   GaN 市场已经突破了 10 亿美元大关。GaN 能够满足极端温度、宽带宽、大功率、高电压和高输入功率等要求,这些独特的优势使其能够同时进入许多市场领域,如图 1-1 中所示。 主要市场为国防、航天、电信基础设施和卫星通信。但 GaN 还可用于许多其他应用。为了保持完整性,这里有一个更全面的列表,描述了图 1-1 所示每个高级市场的次级市场 : 图 1-1 :GaN 射频技术和市场。  » 国防和航天 ◦ 电子战干扰发射器 ◦ 国防通信,包括战术无线电、卫星通信、数据链路 ◦ 国防雷达,包括空中、陆基和海军雷达 ◦ 民用雷达,包括航空交通管制和气象雷达 ◦ 卫星通信,包括国防和民用卫星通信  » 无线基础设施 ◦ 宏/微基站,包括远程无线电头端 (RRH) 和有源天线系统 (AAS) ◦ 小基站 ◦ 无线回程  » 有线宽带  » 射频能量 ◦ 医学 ◦ 工业 ◦ 科学 ◦ 汽车  » 测试与测量   GaN 用于国防领域   GaN 在国防领域一直处于领先,并将继续保持领先地位。GaN 在提高军事系统性能方面发挥着关键作用,如有源电子扫描阵列 (AESA) 雷达和电子战 (EW) 系统,这两种系统都需要大功率、小巧外形和高效散热性能。在满足许多国防应用的高功率密度、高效率、宽带宽和长使用寿命需求方面,GaN 可提供有效的解决方案。   GaN 用于 5G 电信领域   通过实现大规模 MIMO 无线基站,5G 开创了多输入 / 多路输出 (MIMO) 技术的新时代。当您推出 5G 基础设施时,大规模 MIMO 系统可帮助无线网络运营商提高性能,最小化成本并提高容量。 随着向大规模 MIMO 过渡,业界开始从 LDMOS 功率放大器转向运行温度更低、外形更小巧、功率更大的 GaN 基解决方案。下面是与 LDMOS 相比,碳化硅 (SiC) 基 GaN 技术用于基站的一些关键优势 : » 阵列更小 :因为与 LDMOS 相比,GaN on SiC 具有更高的功率输出和出色的散热性能,所以无线网络运营商可利用较小型阵列实现相同的输出功率。GaN on SiC 的阵列大小最多比 LDMOS 小 20%。 » 可靠性 :即使在高温条件下,GaN 也能可靠运行。这对于 5G 基站来说至关重要,因为这些系统开始从无线发射塔下方的空调房间搬到塔顶。即使在恶劣的塔顶环境下,GaN on SiC 也具有较高的可靠性。 » 散热性能更出色 :GaN on SiC 的热导率比 LDMOS 更高,所以可以更有效地散热,从而实现运行温度更低的系统。 » 工作频率更高 :与 LDMOS 不同的是,GaN on SiC 可在 5G 使用的 6 GHz 以下和毫米波 (mmWave) 频率范围内工作,同时效率提高 10% 到 15%。 » 重量更轻 :重量是基站应用的一个重要因素,也是更小巧外形之所以重要的关键原因。GaN 的效率更高,因而可使用尺寸更小的散热器,从而可缩减整个系统的尺寸和重量。对于在塔上安装 5G 的人员来说,这是非常重要,因为重量更轻意味着安装更简单。 要想充分发挥 5G 的多 Gbps 数据传输速度和超低延迟潜力,移动运营商必须提高系统性能。这意味着,它们需要对频谱采集、网络基础设施和传输技术进行大量投资。在 6 GHz 以下和毫米波频率范围内运行的大规模 MIMO 无线基站是其中一项最重要的 5G 传输技术。 大规模 MIMO 基站使用许多天线传输和接收数据,而不是传统无线通信中通常使用的单天线。这些大规模 MIMO 系统支持空间复用,其中每个信道都向接收器传送独立信息。这可提高信号可靠性,并大幅提升吞吐量。 那么,5G 大规模 MIMO 基站系统需要什么样的射频前端 (RFFE) 组件呢?它们必须为具有高线性度、极高效率和低功耗的集成组件。GaN 满足这些要求。此外,在 RFFE 中使用 GaN 可减少大规模 MIMO 阵列所需有源元件的数量,以满足基站系统输出功率要求,如等效全向辐射功率 (EIRP)。 EIRP 是在给定天线增益和射频子系统发射器功率的情况下,天线阵列所能辐射的最大功率。通过使用 GaN,系统设计人员可以轻松地实现每个塔的 5G 指定 EIRP 级别。此外,他们还可以使用更少、更小的天线来实现这一目标,从而以更低的资本支出更快速地进入市场。   比较 GaN 与其他技术   尽管 GaN 逐渐在越来越多的市场领域取代其他技术,但仍有一些现有技术直接与 GaN 竞争。最后,GaN 可为系统设计人员和设备工程师提供另一种技术选择,以打造一流产品,同时最小化系统与用户需求之间的权衡。 在任何射频系统中,最优技术都取决于设计人员所要实现的性能参数。在大多数应用中,技术选择取决于频率、功率水平、效率、尺寸和价格。可用的主要技术选项包括碳化硅 (SiC) 基 GaN、硅 (Si) 基 GaN、GaAs 和 LDMOS。表 1-1 比较了它们的特性及适用的射频应用。 快速浏览此表,您就会明白为什么全球开始抛弃 LDMOS。GaN 可为进行系统开发的设计人员提供全面的竞争优势,满足其功率、宽带宽、高工作电压和高散热性能等要求。 因此,许多工程师都想知道 GaN 最终是否会取代 LDMOS 等技术。要回答这个问题,我们先来看看以下这些关键问题 : » GaN 是否支持现有应用和新应用? » 它是否易于使用?是否提供即插即用的替换件? » 它是与当前技术一样可靠,还是比当前技术更加可靠? GaN 已经能够满足取代现有技术的所有先决条件,尤其是在 5G 等新应用领域。5G 领域的 GaN 已经支持更快的数据传输速度、更大的射频范围、更高的温度稳定性、较高输入功率水平稳定性、更小巧的尺寸以及更高效的功耗。 如前所述,GaN 射频系统得益于其独特的材料属性:宽带隙、高电荷密度、高电子迁移率和高温耐受性。这些属性可转化为高功率附加效率 (PAE)、高功率输出、小巧外形、宽带宽和耐用性等射频优势。通过利用 GaN 的高 PAE 和高工作电压优点,系统能够以更低的工作电流和成本运行。此外,系统设计人员还可以减少系统设计所需的组件数量,从而节省设计时间,加快上市步伐。除了高热导率外,GaN 还因其低辐射灵敏度而知名。 从表 1-1 中我们可以猜测出,GaN 的制造工艺主要使用碳化硅或硅基板(分别为 GaN on SiC 和 GaN on Si)。每种基板都有其自己的优势。与碳化硅相比,硅基板的成本相对更低。然而,从许多方面来看,与 GaN on Si 相比,GaN on SiC 的可靠性和功率性能更高,因此更具优势,如图 1-2 中所示。这使得 GaN on SiC 成为 5G 电信、国防、航天等许多应用领域的最佳之选。 图 1-2 :GaN on SiC 和 GaN on Si 的优势比较。 图 1-2 突出显示了 GaN on SiC 和 GaN on Si 基板之间区别。此外,我们还发现人造金刚石是另一种替代基板材料。Si 基板的成本最低,但散热性能也最低,而金刚石基板的成本最高,但散热性能最高。然而,成本和散热性能之间的最佳平衡是 SiC 基板材料。因此,SiC 基板最常用于高功率、高效率的应用,尤其是国防和基础设施领域。

  • 2022-06-30
  • 发表了主题帖: Qorvo® UWB 助力深圳通,迈入智慧出行时代

    近年来,在苹果等厂商的推动下,UWB(Ultra Wide Band:超宽带)市场迎来了爆发。作为一种有竞争力的通信技术,UWB 拥有定位精度高、抗干扰能力强、发送功率小和传输速率高等优势,这些特点也让其在很多领域都具有很大的应用空间。 Techno Systems Research 在其发布的报告中也预测,2022 年,全球 UWB 市场出货量将超过 3.167 亿台。到 2030 年,UWB 设备的出货量更将超过 18 亿台。在这庞大需求的推动下,越来越多的厂商涌入其中,Qorvo 也通过在 2020 年收购 Decawave 而进入这个市场。 因为首创的 Impulse Radio UWB 技术可实现厘米级精度的实时距离/位置测量和安全的低功耗、低延迟数据通信,Decawave 在 UWB 行业内拥有很高的知名度。在被 Qorvo 收购以后,便打造了一个在软硬件方面都具有深厚积累的 UWB 部门,能为移动、汽车、工业和消费物联网市场创造了新的可能性。此外,Qorvo 希望能超越芯片组,提供交钥匙模块或构建块,降低 UWB 应用的设计复杂性和实现成本。 这正是促进 Qorvo 与汇顶科技和深圳通建立合作的原因。 据了解,深圳通希望能够借助一个方案促进轨道交通通行效率提升,在为乘客带来无感速通的智慧出行体验,未来还能为实现“一票通达”的大湾区轨道交通规划提供技术保障,助力推进大湾区智能轨道交通票务系统一体化的建设。 具体而言,深圳通希望可以通过无感通行和换乘的记录,把每条地铁线的营收分开。尤其是以后介接入大湾区的轨道,这对他们来说更加重要。此外,深圳通还希望利用 UWB 配合安全芯片来实现离线扣款。 以上需求正是 Qorvo 和其合作伙伴汇顶科技所擅长的。在这次三方合作中,则使用了 Qorvo DW3000 的芯片组。这是 Qorvo 推出的第二代四款 UWB 芯片组(DW3110、DW3120、DW3210、DW3220),兼容 IEEE 802.15.4a 和 IEEE 802.15.4z BPRF 模式。可以工作在 UWB 通道 5 (6.5GHz) 和通道 9 (8GHz) 上,能将物体定位精确到 10 厘米。 在硬件方面,Qorvo UWB 提供样品,天线设计和完整的开发套件。软件方面,Qorvo 提供了完整的开发例程及其源代码,能够在一对一,一对多等场景下,提供测距、测角的位置信息。用户可以根据应用场景,使用 FiRa 标准或者灵活定制私有协议,设计并部署定位系统。 安全也是 Qorvo 关注的一个重点。在数据安全方面,DW3000 芯片系列芯片提供片上硬件 AES 加密,在 MAC 层对数据部分(Payload)提供了多一层的保护;在测距安全方面,在符合 802.15.4z 和 FiRa 协议的情况下,通过灵活配合各类安全芯片,DW3000 系列芯片能够通过加扰时间戳序列(STS)保障测距结果的高安全性。 此外,Qorvo 还针对低功耗电池供电应用对芯片进行了优化,并提供了不同的小尺寸封装选项和较少的外部 BOM ,使其可以广泛适用于移动、消费类和工业应用。 正是因为拥有如此多特性,Qorvo 的 UWB 芯片拥有了很多的应用可能。通过采用汇顶科技领先的 eSE+COS 安全解决方案,演示实验在不改变深圳通应用原有流程和代码的前提下,行业首创实现 UWB 安全交易,并兼容现有 NFC 闸机。此外,该方案还支持安全测距,将 NFC、UWB 的上层驱动协议栈统一集成到汇顶科技低功耗蓝牙 SoC 中,实现 eSE+NFC+UWB+BLE 全栈集成打通,通过模块化的改造大幅降低闸机升级改造难度。 据透露,Qorvo、汇顶科技和深圳通公司已经成功联合演示了“无感过闸+多物理路线通行识别”集成系统。得益于 UWB 本身的精确测量角度和距离的特性,该方案可以让深圳通公司通过轻微的换乘站点改造,标注乘客的换乘路线用来准确记录换乘信息。 在多年的推动下,Qorvo 已经将 UWB 技术广泛应用于消费电子和工业领域。其中,在消费电子领域,UWB 可用于寻物定位以及数字车钥匙、无感门禁、无感支付以及智能家居等应用上;来到工业领域,UWB 则被广泛应用到智能制造、电力能源、煤矿和隧道的工业资产定位、仓库库存管理、关键场合人员定位、AGV(自动导引运输车)室内导航等场景中。与此同时,车载领域也正在成为 UWB 的热点市场。 展望未来,Qorvo 将携手更多合作伙伴,为大家打造一个更便利的“超宽带”未来。  

  • 发表了主题帖: MEMS 压力传感器解决人机界面新痛点

    压感的想象空间有多大? Will 表示,MEMS 压力传感器相对于传统的触控而言,是一种全新的交互方式补充。直观而言,“触摸”是一个动作,“施压”也是一个动作。大脑在手指点击手机屏幕上某个 APP 时会得到“打开”这一期待, 同时大脑也会在你按压某个物品时,会根据按压表面的不同力度而期待不同的结果,而这也就是压力传感器所要实现的作用——准确判断出施加在物体上的力度,并使装置完成大脑的预想。 与仅有 XY 轴的二维电容传感方案相比,将压力传感器与电容传感器相结合,可增加 Z 轴(垂直方向)数据交互,从而为 HMI 应用带来更多可能。此外,由于 Z 轴压力的数据量更为丰富, 不只是可以实现一个简单的 on/off 操作,而是通过不同的压力值,来传递更多信息。 同时,另外一种方式则是通过布置多颗压力传感器,并且配合相应的算法,仅凭借压力传感器就可以实现 XYZ 的三维识别。这一技术理论上可以适应包括金属,厚手套,带水操作等多种环境挑战。 理论上来说凡是机械按键或者电容触控开关的场景,都可以尝试使用压力传感器来替代,使其具有免打孔、免误触、增强防水性等多项优势。 然而,Qorvo 在 HMI 上的野心,不只是“按钮的替代品”,而是有着更广阔的想象空间。 多种压力传感器技术,满足不同应用 压感增强游戏手机的操作体验 压力传感器如果想要取代电容或其他传感器,最重要的是要找到应用痛点。压力传感器最早出现在 iPhone6s 上,并实现了 3D Touch 功能(Peek 和 Pop), 不过这一功能缺乏足够的杀手级使用场景,因此并没有获得用户及开发者的广泛青睐,苹果几年后果断将 3D Touch 更换为了 Haptic Touch,用软件方式实现类似功能,从而节约了成本和功耗。安卓的生态同样如此。 然而,随着手机市场的细分化,包括游戏手机、折叠屏等新业态的出现,让 Qorvo 看到了新机遇,成功导入包括黑鲨、魅族、iQoo 等产品中。比如在黑鲨中,通过结合压力传感器及黑鲨的专用设置软件, 实现了双区屏幕压感触控操作,为游戏增加了更多差异化。例如 MOBA 游戏中,在移动攻击时通过压感功能瞬间加血和换装,FPS 类游戏中,在移动瞄准时按压射击,走位射击时按压瞬间趴下等等, 在竞速类游戏可以全屏幕范围灵活控制油门和刹车力度,一系列的例子可表明,压力传感器方便了操作,也可增强游戏的打击感体验。 而除了游戏之外,压力传感器也被黑鲨扩展到系统应用中的压感导航,用户可以在任何地方按压一下屏幕就可以掉出操作导航,使手机变成单手操作神器。 Will 补充道:“压感可以实现更准确的操作,并且不会被误触发,这一需求将随着全面屏、折叠屏、游戏手机等的出现而增长。” 据介绍,目前压感的实现有两种方案,一种是以模组形式出现,利用 MCU 处理压感信号。这种模组是多块 FPC 构成,因此手机中框必须要开多个大孔,并且 FPC 的耐久度、良率等都存在着一些弊端。 Qorvo 的方案则是通过单颗集成了传感器和模拟前端的芯片,无需 MCU 便可直接与 CPU 通信,且开孔较小,对坚固性、散热等相对影响较小,且安装更为简便。 据 Will 介绍,目前 Qorvo 的方案只需两颗芯片便可以实现上下屏双指压力检测。 而针对无侧按键设计的压力传感器应用,Qorvo 则将会提供传感器融合的方案,包括压力传感器、红外线传感器、超声波传感器以及模拟前端实现的单芯片方案无按键方案,其中 IR 起到定位作用, 这样就可以仅用一颗传感器就可以简单实现压力感应,从而简化设计,并避免了误触操作。 重要的是,Qorvo 可以提供完整的硬件方案以及软件算法,从而扫清设计障碍,使客户可以更专注于利用压力传感器实现应用的差异化。 TWS 全面体现压感的差异化 尽管 Apple 在后期的 iPhone 中没有选择压力传感器,但在 TWS 上却全面拥抱了压力传感器。TWS 应用的 HMI 主要痛点就是电容传感器误触,包括头发、雨水、汗水、油脂等都会造成误触,从而影响体验。 此外对于采用 MEMS 加速度传感器通过敲击来操作的,实际体验也不如压力传感器直接。据了解,目前应用于 TWS 的压力传感器已经从中高端逐步向中端市场导入。 Will 表示,对于 TWS 应用而言,Qorvo 的产品由于其单芯片,小尺寸,支持数字输出,模组简单等优势,更适合该场景应用。而且随着市场上导入案例增多,客户也越来越有信心。 其他可穿戴设备 除了 TWS,包括手表、手环甚至 AR/VR 设备,对于压力传感器而言都具有广阔的发展前景。以智能手表为例,Google-Fitbit 采用了 Qorvo 的方案,从而取代了手表中的机械开关、旋钮或滑块,可以使手表防水性能更高。 不过 Will 也提到,目前针对智能手表,是否取消机械按键还存在着许多争论,如对于手表的审美认知,或者心率测量等功能,无法取代机械按键。但至少对于可穿戴设备中的电容触控方案来说, 压力传感器是完全可以胜任的,而且支持水下/潮湿等环境,使其可以有更好的体验。 生产力工具的体验提升 压力传感器还非常适合生产力工具。同样以 Apple 为例,其笔记本一直采用了 Force Touch 技术,并被客户广泛认可,如今这一技术正受到更多品牌商的青睐。 另外则是对于生产力应用的平板电脑,以及手写板等,压力传感器都可以凭借高阶细腻的Z轴响应,仿真出类似“画笔”等功能。 汽车将是另外一个爆发点 Qorvo 也表达了对汽车市场的关注。作为唯一一家通过车规级认证的压力传感器供应商,其产品已广泛应用在包括特斯拉、吉利、奇瑞等车型中,并且通过了包括 Valeo、延锋以及均胜三家 Tier1 供应商的 PPAP 认证。 其应用场合包括了车门、多功能方向盘、中控等,其中仅特斯拉一辆车上,就采用了 10 余颗压力传感器。尤其是随着“给手机装上轮子”这一概念的深化,我们看到汽车驾驶室内部, 无论是仪表盘,主控屏、中控盘甚至副驾屏都在朝向更多更大的方向发展,机械按钮和旋钮正逐渐被液晶屏上的虚拟按键所取代。 这种变化下,汽车驾驶舱由上世纪像飞机驾驶舱一样被机械按键、旋钮及指示灯所包围,转变为以更友好更灵活且更简洁的处处都是屏幕的方式呈现,这给汽车 HMI 带来了远超手机市场的需求,也让压力传感器有更多的可施展空间。 高品质是体验的基础 最后,但不是最不重要的,产品的可靠性是一切用户体验的基础。不必说在飞驰的公路上无法通过准确按键命令汽车,即便是在打游戏时,一个不必要的触摸失误,也会令玩家感到沮丧。 从系统层面而言,压力传感器技术天然就比传统按钮甚至电容、电阻、超声波等技术更直接也更可靠,并且不分材质,且不易受到外界干扰,从而使系统鲁棒性更强。 而就芯片本身而言,Qorvo 的压力传感器可以持续使用 1000 万到超 1 亿次循环,传统按键的寿命仅为 20 万到 50 万次。此外,在 Qorvo 已成功出货的数千万颗级产品,实现了 0 现场故障率, 也证明了 MEMS 压力传感器的可靠性。Qorvo 产品支持防水、防尘、防冰,并且可工作在高低温各种环境中。其车规级版本也通过了 AEC-Q100 的认证。 压感与 HMI 的未来 在当今快节奏的世界中,人们正在寻找为生活及工作提供运行顺畅、节省时间并最终提高舒适度及可操作性的产品和服务,这就需要更直观、更自然的人机交互体验,并且不会受到各种干扰。 此外,考虑到后疫情时代,也会对非接触式的人机交互有着更多需求。这些都对 HMI 和传感器带来了差异化的需求挑战。 一方面语音交互、人脸识别、手势识别等新兴技术的增长,正在变革人机交互体验,同时,相对传统的触控技术,也正在随着 Qorvo 等创新压力传感器的提供,从而不断改进,以应对未来。 正如 Will 所说:“Qorvo 的压力传感器还可应用于各种新兴技术,如睡眠监测、机器人、家用电器等,对于 Qorvo 而言,技术的限制只取决于工程师的想象力。”

  • 发表了主题帖: 现代电机设计可改进便携式真空吸尘器

    在 21 世纪家居中,已经有无数示例充分证明,电机这种简单的日常设备通过现代设计成为了越来越多家用电器不可或缺的组成部分。电机广泛应用于冰箱、电脑、微波炉、风扇、洗衣机和吸尘器等家用电器之中。同时,车库开门器、商店真空吸尘器、园艺修剪器、无绳微耕机、电动割草机、压力清洗机和其他庭院设备也离不开电机的使用。 20 世纪初,简单的交流电感电机和有刷直流电机为洗衣机、冰箱和风扇提供动力,自那时以来,我们已经取得了长足的进展。如今,电机设计已经发展至无刷直流式。这种设计符合消费者的偏好,同时可提高效率,延长无线设备的续航时间,适合更小巧轻便的设备,并实现了更高的可靠性。能源效率咨询委员会 (ACEE),即国际电工委员会 (IEC) 附属机构的一项研究表明,电机系统用电量占全球 50% 以上,其中绝大多数电机用于机器、泵、风扇、压缩机、传送带等。研究表明:“这是提高能源效率的绝佳机会。” 全球真空吸尘器市场的发展趋势 2018 年,全球真空吸尘器市场规模达到 92 亿美元 (USD)。据 Grand View Research 称,这一市场呈强劲增长趋势。该机构预计,2019 年至 2025 年的复合年增长率 (CAGR) 将达到 9.1%。这主要受职业女性人口增加以及生活水平提高带来的全新消费者预期推动。 消费者对节能电器操作和环境问题的关注在很大程度上推动了这一市场的增长。为减少有害粉尘,改进医院、制造中心、零售商店和医疗设施等环境的卫生实践,工作场所真空吸尘器的需求不断增加,这是另一个增长因素。 挑战 参与这个项目的真空吸尘器设计团队和 Qorvo 工程师需满足客户对无线吸尘器的严苛要求。最终设计采用了可实现最大吸力的高速电机操作、小巧轻便的外形设计以及可实现较长且可靠产品生命周期的组件。该真空吸尘器要求的吸力水平高于大多数传统的便携式真空吸尘器。此外,影响设计方案的另一个因素为:在大多数真空吸尘器设计中,转矩和电机速度都至关重要。然而,本例的要求略有不同,它强调了对功率和速度的需求。 客户的设计规范要求使用配备磁场定向控制 (FOC) 的 PMSM 电机,以实现变频驱动 (VFD),满足产品要求。 解决方案 开始这个项目时,Qorvo 和设计团队就知道最终产品将是一款高性能真空吸尘器。因此,他们选择使用三相 PMSM,因为该电机采用正弦波换向,有助于尽可能地提高性能。该设计依靠 FOC 并使用一种用于控制定子旋转磁场的算法,同时利用两个正交分量来调节磁通发生器,确定可用转矩。 FOC 和 Qorvo 开发的定制算法可以精确控制电机速度,并尽可能提高真空吸尘器的整体效率。经过设计团队和 Qorvo 数月的通力合作,最终产品成功地满足了客户的产品需求。双方合作设计的这款强大且高效的无线真空吸尘器现已上市。 概述 — 真空吸尘器操作 手持式真空吸尘器通过旋转电机驱动风扇产生吸力,而吸力将空气从吸尘器的头部抽出,然后将吸入的灰尘和碎片收集在一个袋子或罐子中,并通过排气口排出。通常,放置在排出蒸汽中的过滤器可防止排出微粒。风扇电机的转速和进气口(或附件)的尺寸决定了吸力大小,这是由从头部抽走空气并从排气口强制排出时产生的负压确定的。在高端真空吸尘器中,风扇转速通常可达到每分钟 10 万转以上,比如 Qorvo 参与的产品设计。 大功率真空吸尘器的关键组件 为实现最佳性能,现代手持式真空吸尘器采用无刷直流 (BLDC) 电机,从而可以在电机外壳内产生旋转磁场。在这种无刷设计中,定子和线圈是固定的,永磁体附在转子上,而转子随着循环磁场旋转。定子线圈由外部电子电机控制器控制,从而可以产生可变转速。与有刷直流电机和传统电感电机相比,BLDC 设计更复杂,但更具可控性,其优点包括运行效率高、外形尺寸更小巧、可靠性更高并且具有超长耐用性。 本项目选用的 BLDC 电机为正弦波驱动的三相 PMSM,是满足高性能要求的不二选择。本项目的标准包括: 超高速电机运转 具有过压保护的恒定功率控制 快速启动操作 经济高效的设计组件 下一节将讨论使 Qorvo 和设计团队能够满足这些标准的设计功能。 如今,电机设计已经发展至无刷直流式。 图 1:PMSM 电机控制器和驱动器的功能框图。 设计亮点 Qorvo 电源应用控制器 (PAC) 系列中的 Qorvo PAC5225 IC 是真空吸尘器项目设计的核心。这款片上系统 (SoC) 具有构建简单、紧凑且具成本效益的电机控制板所需的全面功能性()。本设计中的控制板包括集成式电源管理系统、50MHz 32 位 Arm® Cortex®-M0 微控制器单元 (MCU)、栅极驱动器、运算放大器、比较器以及其他支持部件。可通过增加在不同条件下实现恒定功率输出的外设 MOSFET 完成集成设计。 实现超高速电机运转 超高电机转速是这个项目的一个重要设计参数,旨在实现远高于市场上标准真空吸尘器的水平。为实现高达 150,000 rpm 的机械速度,要求密切管理由 Arm® Cortex®-M0 MCU 控制的模数转换器 (ADC) 和脉宽调制器 (PWM) 的运行。所需的电频率范围可达 2.5kHz,且为了实现 FOC 的精确控制,ADC 采样速度和精度必须高达 1MSPS,同时要求 PWM 具有非常精细的分辨率。微控制器可确保对这些值进行精调,以实现精确的操作,而 Qorvo 开发的 FOC 定制算法旨在满足这些要求,并加快 FOC 的操作序列。 通过功率调节达到更优效果 真空吸尘器的吸力受到许多不同因素的影响,包括不同附件的风管体积、电池电量、堵塞真空吸尘器的任何吸入物体以及充满灰尘和碎屑的排气过滤器。从这方面讲,在不断变化的条件下保持恒定功率是尽可能增大吸力的关键。基于转矩或电机转速调节的设计不能很好地响应影响吸力强度的所有因素,而由集成在 SoC 中的微控制器监控并由定制的 Qorvo FOC 算法控制的调节功率可实现更加一致的结果。利用 ADC 采集的内部功率水平数据可进行实时计算,并可快速进行必要的功率调整。 Qorvo 芯片提供的电机控制功能也支持多种保护措施,如: 过压保护、欠压保护以及过电流检测和调节 内部电源监控和保护 堵转保护 开路保护 MCU 的超温关机和重启(需要时) 从设计角度来看,如果没有 Qorvo 芯片提供的计算能力,控制和保护真空吸尘器中的电源系统将需要大量附加的设计工作和许多额外的组件。通过将 Qorvo SoC 集成到产品中,可以在各种条件下保持 120,000 rpm 的恒定电机转速。这款芯片可提供驱动真空电机并尽可能提高效率所需的一切。 确保快速启动速度 为确保真空吸尘器的平稳快速启动,电机启动算法需要使用转子位置信息。为获取这一信息,Qorvo 使用其 SoC 向电机发送高频信号,以捕获三相电机电感的相关数据。启动算法利用这些数据计算转子位置。在上一代无刷电机设计中,昂贵且易出故障的霍尔传感器被用来检测转子位置。但在本设计中,Qorvo SoC 的内置功能便可处理这项任务,且无需任何额外的霍尔传感器组件。 转子位置的信息使其有可能避免启动期间的反向旋转,同时也有助于实现大约 5 秒内的快速启动速度。 实现经济高效的设计 将执行电机控制功能的所有逻辑和电路整合到单个 Qorvo PAC 电机控制芯片中是实现本产品高性价比设计的关键。通过避免在设计中使用分立元件,可最大限度地减少维护需求,并延长产品生命周期。高度集成的 SoC 可提供电源、栅极驱动、模拟前端、经济实惠的 ARM 嵌入式处理器以及其他部件,从而降低物料清单 (BOM) 成本。 Qorvo 开发的复杂算法可通过可用的 SoC 硬件实现各种电机控制功能。例如,本设计采用基于单电阻采样方法的无传感器 FOC 控制,不像许多上一代设计中那样需要使用三个采样电阻。图 2 显示了执行这些操作的电路。 自定义算法支持设计中的电源保护和高效功能,同时可降低整体功耗,并在更大范围的条件下实现惊人的性能。在睡眠模式下,Qorvo PAC 控制的功耗为 12 微安,而真空吸尘器的待机功率要求也非常低。 与本设计一样,Qorvo 与客户密切合作,开发可扩展现有技术边界的解决方案,同时协作设计可平衡性能、效率和成本的产品。 图 2:电机驱动器电路中的关键组件。

  • 发表了主题帖: 在亚洲更快、更好地部署 Wi-Fi 的见解

    随着 Wi-Fi 标准在全球范围内扩展频谱和范围,各国都面临着不同的挑战,因而采取了不同的推出方式。与 Jeff Lin 一起探索亚洲的部署策略。他将帮助工程师克服困难,提供解决方案,从而简化部署过程。 Wi-Fi 作为一种始终在线的通信方式,已延伸到世界的每一个角落。当今的 Wi-Fi 6、Wi-Fi 6E 和即将到来的 Wi-Fi 7 延迟更低,数据容量更高。在这篇博文中,Jeff Lin 将帮助我们了解如今在亚洲各地实施的 Wi-Fi 标准和功能特点,帮助工程师设计更好、更快的无线连接应用。 Wi-Fi 联盟如何影响和管理亚洲的 Wi-Fi 标准? Wi-Fi 技术在全球展开部署已超过 20 年(从 1999 年开始)。与世界其他地区一样,亚洲也有认证机构、标准机构和支持各种 Wi-Fi 版本的测试实验室。芯片组供应商、射频组件供应商、OEM、ODM 和测试实验室等也提供了支持。 在亚洲,IEEE 是一个重要的机构,帮助制定标准和更新,定义网络协议、调制、方案等技术规范。Wi-Fi 联盟对 Wi-Fi 技术也有重要影响。它与所有政府和商业机构合作,包括半导体供应商、测试设备供应商、网络运营商和设备供应商。但需要注意的是,在亚洲,制定规范的并不是 Wi-Fi 联盟,而是 IEEE。Wi-Fi 联盟负责制定测试计划、服务和认证计划,用以确保所有 Wi-Fi 产品符合 IEEE 的标准和规范要求,此外还负责确定和推广 Wi-Fi 新用例。 还有一点必须注意,亚洲有许多国家/地区,因此与美国和欧盟相比,标准和法规管理更为复杂。以下是亚洲主要法规和频谱管理机构: 中国台湾 NCC:台湾通讯传播委员会 日本 MIC:日本总务省 韩国 KCC:韩国广播通信委员会 中国 CCC/SRRC:中国通讯传播委员会/中国无线电管理委员会 新加坡 IMDA:新加坡资讯通信媒体发展局 澳大利亚 ACMA:澳大利亚通信和媒体管局 您认为 Wi-Fi 联盟在亚洲实施 Wi-Fi 技术时所面临的最大挑战是什么? 前面说过,亚洲有许多国家/地区。每个国家/地区都有自己的 Wi-Fi 频段、功率水平和法规推广计划。例如,尽管大多数亚洲国家/地区都遵守 FCC(联邦通信委员会)规定的功率水平,但有些国家/地区的 Wi-Fi 频段与军事、政治或教育无线服务密切相关,并不遵守上述规定。因此必须调整功率水平要求,适应每个国家/地区的实际情况。 目前,与世界其他地区一样,亚洲也在部署 Wi-Fi 6E。早在 2021 年,支持 Wi-Fi 6E 的产品就开始出货了。Wi-Fi 6E 频率扩展(5925 MHz - 7125 MHz)使其在亚洲的实施更为复杂,还须遵守多个国家/地区的不同规定,所以会面临更多的挑战。 需要获得 Wi-Fi 设计方面的支持? 下载这些资源以帮助您为下一个设计做出明智的选择: Wi-Fi 技术演变针对应用需求进行 Wi-Fi 组件选型分步指南 https://www.qorvo.com/design-hub/technical-articles/a-step-by-step-guide-to-selecting-the-best-wi-fi-components-for-your-application 与美国和欧盟相比,亚洲 Wi-Fi 功率水平是否不同?如果是这样,Qorvo 如何应对它们带来的差异和挑战? 美国的 FCC 和欧盟的 ETSI(欧洲电信标准协会)是两个主要的全球性监管机构。亚洲大多数的国家/地区遵循 FCC 或 ETSI 法规,但也有例外。下面是对亚洲主要国家/地区在 2.4 GHz 和 5 GHz 时 Wi-Fi 功率限制的高层次比较。 尽管相比美国和欧盟地区,亚洲的 Wi-Fi 法规更为复杂,但这并不影响 Qorvo 的产品设计战略。Qorvo 的 Wi-Fi 产品组合满足高通、博通、联发科、MaxLinear 等各主要芯片组供应商的参考设计要求。我们的 Wi-Fi 组件均符合全球标准。 您认为在亚洲实现 Wi-Fi 6/6E 和 Wi-Fi 7 的速度和容量目标的最大障碍是什么? 在当今这个时代,Wi-Fi 面临的最大障碍是跟上新应用的步伐,比如 Facebook 的元宇宙 (Metaverse),这是一个模拟数字环境,使用增强现实 (AR)、虚拟现实 (VR) 和区块链,以及社交媒体的概念,着力打造能够模仿现实世界的互动空间。这类应用需要速度更快、延迟更低、可靠性更高的连接才能正常运行,对当下及之前的网络产品(如 Wi-Fi 网关)提出了挑战。如今,Wi-Fi 6 使用 6 Ghz 频段实现了更高的吞吐量和容量,因此足以满足数据通信、4K 视频点播、游戏和视频会议等大多数应用要求。Wi-Fi 6 还提供三频段功能,但要满足元宇宙所需的体验,还需要提供 4096QAM 调制、320 Mhz 信道带宽和多链路操作的 Wi-Fi 7 技术。 全球范围内,像元宇宙这样的应用每年都会在欧洲、亚洲、美洲出现并成为主流,大多使用 VR 和 AR,因此需要更高的容量、吞吐量和可靠性。这意味着像 Qorvo 这样的制造商需要继续开发更多创新产品来满足这些要求。 Wi-Fi 联盟和制造组织如何与亚洲监管机构合作?Qorvo 加入 Wi-Fi 联盟如何影响 Wi-Fi 在亚洲的实施? Wi-Fi 联盟在全球推广 Wi-Fi 技术。但是,每个国家/地区的政府都会对所在地区的活动进行监管和授权。许多认证机构和监管机构都位于亚洲,主要是因为产品供应链的全球网络分布于此。 Wi-Fi 联盟与亚洲委员会定期举行会议,Qorvo 等公司积极参与。在这些会议上,联盟成员提出自己的观点,帮助指导和确定最佳解决方案。有时还会建议 Qorvo 等 Wi-Fi 联盟成员针对会议中讨论的措施以书面形式回应。 Wi-Fi 在亚洲未来愿景如何? 与世界其他地区一样,Wi-Fi 在亚洲也是最受欢迎的无线通信技术之一。过去 20 年,Wi-Fi 的吞吐量提高了约 900 倍(802.11b-11Mbps 到 W-Fi 6-10Gbps),Wi-Fi 6E 和 Wi-Fi 7 等新的 Wi-Fi 标准正在部署中。 IDC 基于 Wi-Fi 联盟的统计数据,预计 2022 年将有超过 35 亿部 Wi-Fi 6 设备出货,2025 年将有 52 亿部 Wi-Fi 6 和 Wi-Fi 6E 产品出货(在 52 亿部产品中,60% 为 Wi-Fi 6,40% 为 Wi-Fi 6E)。毫无疑问,亚洲占据全球 Wi-Fi 市场增长的很大一部分,促进了 Wi-Fi 6E 和 Wi-Fi 7 等新一代产品的发展。 Jeff 的结语 自 2019 年以来,Wi-Fi 一直在快速发展。Wi-Fi 6E 从 2021 年开始在市场上部署,一些 Wi-Fi 制造公司 2022 年已在开发能够支持 Wi-Fi 7 的产品。在过去的几次 Wi-Fi 标准更新中,行业一直致力于在标准发布前开发出产品,以便利用新功能。Wi-Fi 6、Wi-Fi 6E 和现在的 Wi-Fi 7 都是如此。归根结底,这是因为消费者需要更高的数据容量、可靠性和连接能力。为了满足消费者的需求,Qorvo 将会继续与制造商、Wi-Fi 联盟和监管机构合作,尽快将下一代产品推向市场。

  • 发表了主题帖: 功率效率促进电子创新

    高效使用功率是电子设备设计的核心。 从 5G 基站、相位阵列天线、数据中心和车辆到平板电脑、智能手机和可视门铃,设计人员清楚,更小、更智能、更可靠的电源管理是能够在竞争中脱颖而出的关键优势。 作为射频和电源技术的全球领导者,Qorvo 致力于帮助客户解决最棘手的功率挑战。如今,我们已经推出新一代解决方案,能够以更快速、更深入、更可靠的方式实现人物、地点和事物的互联、保护和供电。 Qorvo 的可扩展电源供应和管理平台可用于工业、商业和消费设备市场终端应用,以及任务关键型国防应用的充电、驱动和嵌入式数字控制。 Qorvo 的统包解决方案提供节能型功率转换架构,可最大限度地减少能源消耗,缩小尺寸,降低成本,提高可靠性,并将系统周期(从开发至上市)压缩超过 50%。 我们高度集成的可配置架构采用了一种智能片上系统 (SoC) 方法,通过消除外部元件需求,大大精简了设计流程。 此外,我们还为客户提供了一系列多重时间可编程电源管理 IC,允许设计人员多次更改配置,且无需特殊软件或固件。制造商可以实时调试设计和更改设置,无需更改任何外部元件。 Qorvo 在功率产品方面的创新可实现卓越的简易性、高效性和灵活性。而这只是开始。我们将继续改进可编程性、功率效率、功能和尺寸。这有助于客户实现企业类和消费类电子创新,扩增功能,提高可靠性,延长电池使用寿命。

  • 2022-06-29
  • 发表了主题帖: UWB定位原理图文解释,告诉你UWB超宽带是如何做到室内定位

    先解释下UWB是Ultra Wide Band的简写,是一种无载波通信技术,UWB不使用载波,而是使用短的能量脉冲序列,并通过正交频分调制或直接排序将脉冲扩展到一个频率范围内。美国联邦通信委员会(FCC)规定,UWB信号的相对带宽( 即信号带宽与中心频率之比)不小于0.2 或者绝对带宽不小于500 MHz, 并且适用指定的 3.1~10.6 GHz频段的信号。 传统通信方式使用的是连续波信号,即本地振荡器产生连续的高频载波,需要传送信息通过例如调幅,调频等方式加载于载波之上,通过天线进行发送。现在的无线广播,4G通信,WIFI等都是采用该方式进行无线通信。 下图是一个使用调幅方式传递语音信号的的连续波信号产生示意图 而IR-UWB信号,不需要产生连续的高频载波,仅仅需要产生一个时间短至nS级以下的脉冲,便可通过天线进行发送。需要传送信息可以通过改变脉冲的幅度,时间,相位进行加载,进而实现信息传输。 下图是使用相位调制方式传输二进制归零码的IR-UWB信号产生示意图 UWB的定位算法分为TOF(Time of Flight),TOA(Time of Arrival)以及TDOA(Time difference of Arrival),对于UWB定位,TOF和TDOA是最常用的定位算法。 TOF(Time Of Flight)飞行时间算法主要利用信号在两个UWB信号异步收发机(Transceiver)之间飞行时间来测量节点间的距离。在UWB信号发射端发射出UWB信号时带有独立的时间戳标记,在UWB接收端接收到UWB信号并处理后再次发出时加上接收到发射端发出的时间戳以及处理的时间间隔Tr。UWB信号发射端再次接收时通过解析出第一次发射时的时间戳即可求出信号一来一回耗时Tt。这样信号单向飞行时间可计算出为Tf = (Tt-Tr)/2,由于电磁波的传播速度为光速C,即可计算出两点之间的距离d = Tf * C。 ToF飞行时间算法 飞行时间算法(ToF)在UWB定位中用于测距。也应用在狭长的走廊和隧道环境中,用于计算出定位标签离两个基站之间的距离,进而计算出定位标签所在一维坐标。 在ToF测距算法基础上,精准计算出定位标签在室内的位置就有了可能,这就是TDOA算法的由来,TDOA(Time difference of Arriaval)到达时间差算法,是在ToF算法基础上利用多个基站计算出定位标签所有的距离,定位精度最高可达30cm。 UWB定位基站三个一组,一个主基站挂载两个分基站,分基站向主基站同步时间,这样可做到三个基站的时钟同步,在房间内,三个主基站的坐标分别是bs1(x1,y1), bs2(x2,y2)和bs3(x3,y3),示例图如下: 通过TOF算法,可轻松计算出E点离每个基站的距离R1,R2和R3 定位标签(x0,y0)与三个基站之间的关系,满足以下公式: TDOA算法计算距离公式 把基站的坐标代入公式即可计算出定位标签(x0,y0)所在的位置。TDOA算法精准度较高,最高可达到30cm的定位精度。当然在真实的环境中,由于金属、玻璃的干扰对超宽带信号同样有影响,在通过TDOA算法得出真实的距离后还需要利用滤波信号过滤信号杂音,以确保定位点的稳定。 以上就是UWB室内定位技术的原理解释了。

  • 发表了主题帖: UWB室内定位技术

    概述 UWB(Ultra Wide Band )即超宽带技术,它是一种无载波通信技术,利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据,因此其所占的频谱范围很宽。传统的定位技术是根据信号强弱来判别物体位置,信号强弱受外界影响较大,因此定位出的物体位置与实际位置的误差也较大,定位精度不高,而UWB定位采用了宽带脉冲通讯技术,具备极强的抗干扰能力,使定位误差减小。UWB定位技术的出现填补了高精度定位领域的空白,它具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、低截获能力、系统复杂度低、能提供厘米级的定位精度等优点。 UWB室内定位流程 (1)每个定位标签以UWB脉冲重复不间断发送数据帧; (2)定位标签发送的UWB脉冲串被定位基站接收; (3)每个定位基站利用高敏度的短脉冲侦测器测量每个定位标签的数据帧到达接收器天线的时间; (4)定位引擎参考标签发送过来的校准数据,确定标签达到不同定位基站之间的时间差,并利用三点定位技术及优化算法来计算标签位置。 (5)利用单基站定位一般采用AOA((Angle of Arrival)算法,采用多基站定位多采用TDOA(Time difference of Arrival)算法。 UWB室内定位系统架构及功能 系统结构图 主要设备及组件  UWB定位标签 定位标签为有源标签,能做成不同的形态固定在物体、车辆或佩戴在人员身上使用,在不同应用环境下拥有多变性。它的定位精度最高可达到5-10cm,标签发出的UWB脉冲信号,通过定位基站(定位传感器)接收和传输。每一个标签都有唯一的ID号,可通过这个ID号将定位的物体联系起来,使定位基站(定位传感器)通过标签找到实际定位的位置。标签传输信号持续时间很短,能够允许成百上千的标签同时定位。 提供一个参考技术参数: UWB定位基站 定位基站(定位传感器)可以通过到达时间差(TDOA)测量技术,来确定标签的位置,并将数据传输至网络控制器及定位引擎软件,定位精度达到厘米级。 定位引擎 定位引擎位于部署于定位服务器中,是定位算法实现的地方,并提供API与上层应用软件调用。 上层应用软件 上层应用软件主要体现为系统功能。UWB室内定位系统基本功能可包括: 人员分布显示:佩戴定位标签的人员分布情况。 人员移动轨迹:通过电子地图实时显示一个或多个人员移动轨迹。 跟踪指定人员:地图随着标签的移动自动切换,将鼠标移到标签上可以看到标签的当前状态。 电子围栏:通过平面电子地图上不同颜色和形状显示人员的报警位置状态。 UWB技术特点 UWB技术应用于室内定位,具有以下特点: (1)系统容量大 香农公式给出C=Blog2(1+S/N)可以看出,带宽增加使信道容量的提高远远大于信号功率上升所带来的效应,这一点也正是提出超宽带技术的理论机理。超宽带无线电系统用户数量大大高于3G系统。 (2)数据传输速度快 UWB系统使用上吉赫兹的超宽频带,根据香农信道容量公式,即使把发送信号功率密度控制得很低,也可以实现高的信息速率。一般情况下,其最大数据传输速度可以达到几百兆比特每秒到吉比特每秒。 (3)多径分辨能力强 UWB由于其极高的工作频率和极低的占空比而具有很高的分辨率,窄脉冲的多径信号在时间上不易重叠,很容易分离出多径分量,所以能充分利用发射信号的能量。实验表明,对常规无线电信号多径衰落深达10~30dB的多径环境,UWB信号的衰落最多不到5dB。 (4)隐蔽性好 因为UWB的频谱非常宽,能量密度非常低,因此信息传输安全性高。另一方面,由于能量密度低,UWB设备对于其他设备的干扰就非常低。 (5)定位精确 冲激脉冲具有很高的定位精度,采用超宽带无线电通信,可在室内和地下进行精确定位,精度最高可达2厘米,一般精度在15厘米内。而GPS定位系统只能工作在GPS定位卫星的可视范围之内。与GPS提供绝对地理位置不同,超短脉冲定位器可以给出相对位置,其定位精度可达厘米级。 (6)抗干扰能力强 UWB扩频处理增益主要取决于脉冲的占空比和发送每个比特所用的脉冲数。UWB的占空比一般为0.01~0.001,具有比其他扩频系统高得多的处理增益,抗干扰能力强。一般来说,UWB抗干扰处理增益在50dB以上。 (7)低功耗 UWB无线通信系统接收机没有本振、功放、锁相环(PLL)、压控振荡器(VCO)、混频器等,因而结构简单,设备成本将很低。由于UWB信号无需载波,而是使用间歇的脉冲来发送数据,脉冲持续时间很短,一般在0.20~1.5ns之间,有很低的占空因数,所以它只需要很低的电源功率。一般UWB系统只需要50~70mW的电源,是蓝牙技术的十分之一。

  • 发表了主题帖: 脉冲无线电技术

    n脉冲无线电(Impulse Radio)是早期超宽带系统的代名词,专指采用冲激脉冲(超短脉冲)作为信息载体的非正弦载波无线电技术。该技术有别于传统使用正弦载波的窄带无线系统,属于基带、无载波通信的范畴。 (1)常用UWB基带窄脉冲波形 基带窄脉冲形式是UWB通信最早采用的信号形式,一般来说它的工作脉宽是纳秒级的。 功率谱的形状取决于脉冲信号的形状。因此,典型的UWB脉冲是高斯双叶脉冲(Gaussian Doublet),这种脉冲因为生成容易而被经常使用。 单周期高斯脉冲对应的时域和频域的数学模型可以表示为: UWB技术常用的脉冲调制方式包括脉位调制(PPM)、脉幅调制(PAM)和二相调制(BPSK)。 (2)UWB脉冲调制方式 脉位调制(PPM 通过改变发射脉冲的时间间隔或发射脉冲相对于基准时间的位置来传递信息,它的优点就是简单,但是需要比较精确的时间控制。 脉幅调制(PAM): 通过改变脉冲幅度的大小来传递信息,它可以改变脉冲幅度的极性,也可以仅改变脉冲幅度的绝对值大小。 通常所讲的PAM只改变脉冲幅度的绝对值,即OOK(On-off Keying)。 二相调制(BPSK): BPSK通过改变脉冲的正负极性来调制二元信息,所有脉冲幅度的绝对值相同。使用二相调制的一个原因就是在抗噪性能上它有优于PPM的3dB增益。 几种调制方式的比较 PAM、OOK和PPM共同的优点: 可以通过非相干检测恢复信息。 PAM和PPM还可以通过多个幅度调制或多个位置调制提高信息传输速率。 PAM、OOK和PPM共同的缺点:经过这些方式调制的脉冲信号将出现线谱。线谱不仅使超宽带脉冲系统的信号难于满足一定的频谱要求,而且会降低功率的利用率。 BPM则可以避免线谱现象,并且是功率效率最高的脉冲调制技术。对于功率谱密度受约束和功率受限的超宽带脉冲无线系统,BPM是一种比较理想的脉冲调制技术。 多址技术是指把处于不同地点的多个用户接入一个公共传输媒质,实现各用户之间通信的技术。 实际的多址技术有:跳频FH(Frequency Hopping),直扩DS(Direct Squence)。 直扩采用伪随机码进行扩频,跳频是用码序列构成跳频指令来控制频率合成器输出信号的频率。 多址与调制方式相结合,可以得到3种典型的超宽带脉冲无线电系统:          TH-PPM          TH-PAM          DS-BPSK。 UWB技术方案 多带OFDM(MB-OFDM)UWB技术 在2002年FCC规定了UWB通信的频谱使用范围和功率限制后,全球各大消费电子类公司及其研究人员从传统窄带无线通信的角度出发,提出了有别于基带窄脉冲形式的带通载波调制超宽带方案MB-OFDM(MultiBand OFDM)。 2005年3月,欧洲计算机制造商协会(ECMA)发布了基于MB-OFDM方案的ECMA-368和ECMA-369标准,于2007年通过ISO认证,成为第一个UWB的国际标准。 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing),正交频分复用   是一种MCM(Multi-Carrier Modulation,多载波调制)技术,其主要思想是,将信道分成若干正交子信道,将高速数据信号转换成并行的低速子数据流,调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开,这样可以减少子信道之间的相互干扰(ICI)。 MB-OFDM 将频段分成多个528MHz的子频带,每个子频带采用OFDM方式,数据在每个子带上传输。 ECMA-368协议 ECMA-368协议规定了用于高速短距离无线网络的UWB系统的物理层与MAC层的特性,使用频段为3.1~10.6GHz,最高速率可以达到480Mbit/s。 (1)帧结构 ECMA-368协议里的帧结构是由物理层汇聚协议(PLCP )前导、PLCP头和物理层服务数据单元(PSDU )三部分组成的PLCP协议数据单元(PPDU )。 PLCP(PhysicalLayer Convergence Protocol:物理层汇聚协议) PSDU(PHYService Data Unit,物理层服务数据单元) PPDU(PLCPProtocol Data Unit,PLCP协议数据单元) nPLCP前导有标准和突发两种类型。nPLCP前导的结构分为同步序列和信道估计序列两段。 同步序列长度:标准类型为24个OFDM符号,突发类型为12  个OFDM符号; 信道估计序列长度: 两种类型均为6个OFDM符号。 OFDM符号是指在发送端数据比特经过一些列变化后,将要通过射频发射出去的模拟波形。 (2)编码和调制 PPDU的数据经过编码调制过程后形成OFDM时域信号,再经过射频发送到信道中。其中PLCP前导是时域信号,不用经过编码和调制直接形成OFDM信号,PLCP头与PSDU部分形成OFDM符号的过程如图所示: 双载波调制(DCM) 它把4个交织后的比特同时映射到两个16进制(16点)的符号中,接下来把两个十六进制的符号映射到间隔50个子载波的两个子载波中。 (3)子带划分 在物理层上,该协议将频谱划分为14个带宽为528MHz的子带,这14个频带又分为5组,其中前4组内各含有3个子带,第5组内含有2个子带。 实际方案中,先期仅采用3.168~4.752GHz的3个子带,在每个子频带上,信息采用128点IFFT/FFT的OFDM调制。IFFT将信号从频域转换为时域,FFT将信号从时域转换为频域。 时频码(Time-Frequency Code,TFC)   MB-OFDM 定义了7组时频码,其中包括4组跳频与3组定频模式,跳频模式可使两个未经协调的微微网(piconet)之间的干扰减小 图中列出了7组周期为6个符号时隙的时频码,每种TFC中的1,2,3表示子带序号。

  • 发表了主题帖: uwb有哪几种定位方式?

    uwb有哪几种定位方式? 1、TOF定位   TOF定位应用的主要原理是测距,标签和每个需要定位的基站发起测距,然后再进行整个定位工作。一维模式下需要一个基站;二维模式下,需要至少三个或三个以上的测距基站;三维需要和四个基站进行测距。 2、TDOA 定位   (1)TDOA的应用需要用到精确的时间同步功能,时间同步有两种,一种是通过电缆做时间同步,同步精度非常高。但是由于电缆的使用,所有设备要么采用中心网,要么采用级联方式,增加了网络维护和建设的复杂性,提高了成本。   (2)另一种是通过无线做时间同步,采用无线同步一般可以达到0.25ms,虽然精度差了一点,但是从系统来说,要更为简单,定位基站只需要供电,数据回传可以采用WiFi 的方式,有效降低了成本。 3、AOA定位   AOA定位一般基于相位差来计算到达角,一般不单独使用。因为如果应用AOA技术的话,就涉及角度分辨率的问题,和基站的距离越远,定位精度越差。AOA可以配合飞行时间测距进行定位。在这种模式下,单个基站可以完成定位。 uwb技术的发展前景:   1、uwb定位技术的定位精度比较高,在一般的条件下,uwb的定位精度大约在10cm以内,是其他无线定位技术无法达到的。这种准确性可以释放很多企业级的应用场景,比如汽车的管理,司法监狱中人员的轨迹监控,离散制造过程中原材料的实时监控。   2、通过在需要定位的区域安装定位基站,如下图所示为现场安装的uwbLOC定位基站,基站的作用就类似天上的导航卫星,比如我们平时用的手机导航就是通过接收到天上卫星数据进行定位的。通过uwbLOC基站,提供相对准确的位置,从而反算出被定位目标对象的实时运动位置。   3、uwb定位有个很大的优点就是延迟低,uwbLOC定位系统就做到了10毫米级的延迟,10毫秒就是1秒钟定位100次,1秒钟可以定位100次给到100个位置信息,这个延迟是相当低的。uwbLOC定位系统还有一个特点就是容量大,可以实现同时对100个以上目标对象进行实时精准定位,不丢包。

  • 发表了主题帖: 无载波脉冲位置调制UWB通信系统

    无载波脉冲位置调制UWB通信系统 无载波脉冲方案是UWB通信的传统方式,也是目前文献中介绍得最多的方式。 无载波脉冲方案中,常采用跳时(TH)和直接序列扩频(DSSS,direct-sequence spread spectrum)的多址方案。 无载波脉冲方案中,收发信机结构简单,实现成本低。但频谱利用率不高。 单载波DS-CDMA信号频谱 单载波DS-CDMAUWB 系统的部分参数 MB-TFI-OFDM方案 MB-TFI-OFDM(多带-时频交织Time Frequency Interleave-OFDM )系统中,将可用的频段分为多个子频带,每个子频带带宽大于500MHz。每个子频带的信号为一个OFDM 信号,它由许多个正交的子载波信号合成。 MB-TFI-OFDM方案在频谱利用方面有很高的灵活性。 MB-TFI-OFDM可以与FDMA、CDMA、TDMA等多址方式相结合,进行灵活多样的多址方案的设计。  典型MB-TFI-OFDMUWB 系统的部分参数 UWB应用在个人无线通信中,可以解决个人空间内各种办公设备及消费类电子产品之间的无线连接,以实现信息的快速交换、处理、存储等,其应用场合包括办公室、家庭。例如:家庭多媒体应用,多媒体会议等。 UWB在家庭自动化、资产跟踪、工业控制、医疗监护、安全与风险控制等领域具有广泛的应用前景。

  • 2022-06-23
  • 发表了主题帖: 超宽带如何工作?

    与蓝牙和 Wi-Fi 一样,超宽带是一种使用无线电波的无线通信协议。 UWB 发射器在宽频谱频率上发送数十亿个无线电脉冲,然后 UWB 接收器将脉冲转换为数据。 与蝙蝠使用回声定位来感知其环境的方式相同,UWB 脉冲可用于感知两个发射器之间的距离。 脉冲的持续时间越短,距离测量就越精确。UWB 实现了实时精度,因为它每秒发送多达 10 亿个脉冲(约每纳秒 1 个)。 UWB 使用非常低的功率,而高带宽 (500MHz) 非常适合将大量数据从发射器传送到其他设备。通过以模式发送脉冲, UWB 对信息进行编码。对单个数据位进行编码需要 32 到 128 个脉冲,但考虑到位到达的速度, 可以实现每秒 7 到 27 兆位的数据速率。 为了增加 UWB 的范围和接收可靠性,已将 MIMO(多输入和多输出)分布式天线系统添加到支持短距离网络的标准中。 天线可以嵌入智能手机或其他设备,如腕带或智能钥匙。 当具有 UWB 的智能手机(如最新的 iPhone)靠近另一个 UWB 设备时,两者会开始测距或测量它们的确切距离。 测距是通过飞行时间 (ToF)完成的,即脉冲从 A 点到达 B 点所需的时间。 根据使用类型,例如资产跟踪或设备定位,其中一个 UWB 设备计算另一个支持 UWB 的对象的精确位置——例如落在沙发垫之间的那些汽车钥匙或电视遥控器。 (如果设备正在运行室内导航服务, 支持 UWB 的设备必须知道其与固定 UWB “锚点”的相对位置,并计算其在区域地图上的位置)。 (UWB无线系统不同频段的特点) UWB无线系统中使用的频段为微波频段的3.4~4.8GHz(低频段)和7.25~10.25GHz(高频段), 准毫米波频段用于车载雷达应用的防碰撞.有24.25-29GHz。在日本, 高频段的低频段(7.25-9.0GHz)允许在室外使用(低频段的高频段和高频段(9.0-10.25GHz)禁止在室外使用)。 注意:仅使用7.587至8.4GHz频率的无线设备不需要。 (UWB无线系统户外使用) 在日本,高频段低频段(7.25-9.0GHz)允许在室外使用,但在某些地方,除了仅使用 7.587 至 8.4GHz 频率的无线设备外,它是在室外使用的。操作可能会受到限制。 UWB 发射器通过在宽频谱频率上发送数十亿个脉冲(UWB 以前称为“脉冲无线电”)来工作; 然后,相应的接收器通过侦听发射器发送的熟悉脉冲序列将脉冲转换为数据。 大约每两纳秒发送一个脉冲,这有助于 UWB 实现其实时精度。 UWB 的功耗极低,但高带宽 (500MHz) 非常适合将大量数据从主机设备中继到最远约 30 英尺的其他设备。 然而,与 Wi-Fi 不同的是,它并不是特别擅长穿墙传输。 J. Gold Associates 的首席分析师 Jack Gold 说:“因为它的频率如此之高,所以它在视线范围内。 ” “所以,它的优势在于它有如此宽的带宽,它有大量的数据能力。 如果你正在传输一个 500MHz 宽的 60GHz 信号……然后将它乘以你能做到的信道数量,那么你说的是非常宽的带宽。” 为了增加 UWB 的范围和接收可靠性,已将 MIMO(多输入和多输出)分布式天线系统添加到支持短距离网络的标准中。 天线可以嵌入智能手机或其他设备,如腕带或智能钥匙。 当具有 UWB 的智能手机(如最新的 iPhone)靠近另一个 UWB 设备时,两者会开始测距或测量它们的确切距离。 测距是通过设备之间的“飞行时间”(ToF)测量来完成的;这些用于计算质询/响应数据包的往返时间。

最近访客

< 1/6 >

统计信息

已有204人来访过

  • 芯积分:676
  • 好友:3
  • 主题:380
  • 回复:225
  • 课时:10
  • 资源:18

留言

你需要登录后才可以留言 登录 | 注册


TOPFIR 2018-6-24
电气大类分流,自动化和电子信息工程学习内容及前景简要分析?谢谢

本人上海双非大一,打算考研,大二要专业分流,自动化有两个方向:智能机器人和过程控制;电子信息两个方向:嵌入式技术应用和物联网。

私下在网上也查了很多信息,发现许多说法都不一致。
yongjuan86 2018-1-29
你好 能公开一下联系方式吗  想请教你一下lora的问题 能加我企鹅吗 307796439
查看全部