低于6GHz的5G基站的功率需求正在推動從LDMOS放大器向基于GaN的解決方案的轉變。高功率密度、高效率和更寬的頻率支持使其成為許多RF應用的引人注目的解決方案。在嵌入式開發中，任何嵌入式系統設計師都會告訴你，每種材料都有一個權衡。要充分利用GaNRF功率放大器的優勢，通常需要在方法上做一些小小的改變，這樣做的結果是值得的。

在探索設計最佳實踐之前，有必要澄清一下圍繞GaN的常見誤解。

費用

GaN被工程界的許多人視為成本過高。從狹義的角度來看，這是準確的。如今，GaN的生產成本比純硅或LDMOS解決方案更高。然而，這忽略了可以抵消額外系統成本的性能提升。性價比是評價的關鍵數字。根據需要，GaN可能會降低整個系統的總成本，因為您可以在更小的封裝中滿足電源需求。更小的封裝不僅降低了電路板尺寸和成本，還降低了散熱器的成本。多頻段和寬帶GaN放大器可以取代系統中的多個獨立窄帶放大器，從而進一步降低系統總成本。這并不是說它是所有應用的完美之選，但是從性價比的角度來看，GaN通常意味著節省。總擁有成本是GaN可以展示其技術優勢的地方。

此外，氮化鎵產量大幅增長。隨著給定基站系統中PA數量的增加，這一點在大規模MIMO空間中非常明顯。隨著GaN在這些不同的子市場中獲得市場份額——5G基站是其中較大的一個——供應商能夠擴大批量生產，將供應鏈成本降至極具競爭力的水平。這意味著GaN以更低的成本提供更好的性能，獲得更廣泛的采用，并從規模中節省更多成本。GaN的價格只會越來越有競爭力。

并非所有GaN的行為都一樣

有一種誤解，認為所有GaN功率放大器都很相似，可以商品化。依賴LDMOS解決方案的工程師很容易做出這樣的假設。如果你在半導體層面上觀察不同廠商的LDMOS器件的特性，你會發現它們非常相似。在GaN空間中情況并非如此。每個供應商解決GaN生產挑戰的開發方法都不一樣，這就轉化為不同的優勢和劣勢。因此，每個供應商的GaN表現不同，并且供應商通常有不同的解決方案來適應其獨特的pa。在嵌入式開發中，嵌入式設計人員不應假設他們過去使用GaN的經驗適用于所有廠商。與您的供應商密切合作，確保您從每種獨特的GaNPA中獲得最大收益。

柵電流

嵌入式設計人員在GaNPA的數據手冊上看到高柵極電流，并有所顧慮。他們認為高柵極電流會導致器件故障。事實是，高門并不總是意味著它是一個可靠性問題。可靠性非常依賴于技術，這又回到了之前討論過的問題——并非所有GaN的表現都一樣。通過簡單的偏置電路調整來適應更高的電流，系統的功效和密度都有顯著提高。

設計解決方案以最大化GaN性能

如前所述，GaN提供了更高的功率密度、效率和頻率靈活性。然而，為了充分發揮半導體的潛力，嵌入式設計人員應該發揮材料的優勢。下面是一些需要考慮的系統級設計實踐。

線性化設計

在使用GaN之前，大多數嵌入式設計人員最關心的問題是線性化。有一種感覺是GaN很難線性化。有這樣的情況，但也有可管理的方法來解決線性化不足，減輕非線性和陷阱效應。這可以通過將器件置于理想應用空間的系統設計方法來實現，也可以通過控制IQ漂移和跟蹤陷阱效應的軟件算法來實現。供應商生態系統已經發展到可以應對這些挑戰。

雖然還有工作要做，但回報是顯著提高能效。這是一個需要考慮的權衡。根據需要，在嵌入式開發中，一些設計人員將進行這種交易，其他人將退回到傳統的LDMOS解決方案。

雖然GaN線性度仍有提高的空間，但GaN晶體管的低漏源電容可以更好地響應寬和超寬瞬時帶寬信號，從而使這些信號的整體系統線性化更好。視頻帶寬也是GaN優于競爭技術的一個領域。

散熱意識

GaN功率放大器在硅基技術無法達到的溫度下工作，簡化了系統內的散熱和冷卻要求。然而，如果嵌入式設計人員不小心，更高的熱密度可能會帶來挑戰，尤其是在使用更少的GaNPAs已經縮小了系統尺寸的情況下。較小的系統會給意外的組件帶來更大的熱壓力。

工程團隊傾向于關注結溫。由于GaNPAs支持如此高的結溫，系統的其它部分成為限制因素。焊點是一個經常被忽視的例子。系統設計需要考慮這一點。工程師最好重新評估內部可靠性要求，了解GaNPAs可以在更高的溫度下工作，并在設計過程中充分利用這一點。

利用供應商的專業知識

廠商知道自己產品的理想應用并不奇怪，但應用工程師對射頻以外的嵌入式系統的了解可能會讓客戶感到震驚。為了盡可能有效，GaNPA需要與器件的其余部分協同工作。這需要圍繞載波和峰值電壓等元素進行整體產品優化。在嵌入式開發中，這在PA技術中是相當標準的，但需要注意的是，GaN應用也存在同樣類型的交易空間。