32. 5G毫米波- 聊聊5G毫米波前端晶片:波束成形器

5G毫米波的電路架構如圖1所示:

                                             圖1. 5G毫米波電路架構

 5G毫米波主要是透過設計多個天線單元的天線陣列來作通訊與傳輸, 而天線陣列要能形成波束, 必須確定每一個天線單元發射信號的相位都相同, 也就是通訊上所講的同相(In Phase)! 

每一個天線單元在發射端是由功率放大器輸出再饋入, 由功率放大器輸出到每一個天線單元的路徑長度, 即使在怎麼精細的設計, 也會有一些誤差. 再加上製程, 走線等的路徑長度誤差也都存在!! 另一個主要因素則是因為毫米波頻率很高, 而相位是頻率乘以路徑長度誤差所導致的傳輸時間差, 因此所能容忍的時間誤差, 也就是所能容許的長度誤差非常非常的小!!

要做到每一個天線單元發射信號的相位都相同以形成波束, 就必須先能夠調整由功率放大器輸出到每一個天線單元的相位差, 這部分的調整主要是由"波束成形器"來達成!

目前5G毫米波所採用的波束成形器晶片, 主要是採用CMOS製程, 而不是直覺上覺得高頻應改採用的GaAs 或GaN三五族製程, 這主要是因為5G毫米波前端主要考慮的不單單是發射功率的大小, 更棘手的是整合, 散熱與成本問題!!

像円通科技所設計的4x4 16-天線單元的5G毫米波前端模組就是採用Anokiwave以CMOS製程設計之波束成形晶片AWMF-0151!!

圖2. YTTEK 4x4 5G mmWave FEM

其中AWMF-0151波束成形器整合了8路, 垂直極化與水平極化各4路, 每一路電路如下圖:

都包括一個相移器, 一個衰減器, 一個功率放大器, 一個低雜訊放大器與兩個切換器. 需要切換是因為主要支援時間切分半雙工, 也就是同一時間不是發射就是接收. 同時透過這兩個切換器使得相移器與衰減器在發射與接收時可以共用!