Содержание
Радиочастотные и микроволновые интегральные схемы (РЧ- и МВ-ИС) представляют собой класс интегральных схем, специально разработанных для обработки сигналов в диапазонах от радиочастот (РЧ) до миллиметровых волн, которые широко используются в радиолокации, спутниковой связи, базовых станциях 5G и системах радиоэлектронной борьбы. Эти микросхемы обеспечивают усиление, преобразование частоты, маршрутизацию, ослабление и управление сигналами в диапазоне гигагерц, а их характеристики напрямую определяют чувствительность, мощность излучения и динамический диапазон всей беспроводной системы.
Интегральные схемы в корпусах представляют собой стандартные готовые компоненты, в которых радиочастотные микросхемы без корпуса размещены в пластиковых или керамических корпусах и готовы к поверхностному монтажу на печатных платах. Охватывая диапазон частот от постоянного тока до 40 ГГц, они являются наиболее широко используемым решением типа “plug-and-play” для большинства конструкций радиочастотных модулей.
Силовые устройства на основе GaN — это высокомощные и высокоэффективные РЧ-усилители, созданные по технологии нитрида галлия, которые обеспечивают выходную мощность до 100 Вт и охватывают диапазон частот от 0,5 ГГц до 8,0 ГГц. Они являются технологией выбора для применений в условиях высокой мощности, таких как радиолокационные передатчики, системы радиоэлектронной борьбы и каналы восходящей связи спутниковой связи.
Ассортимент продукции STARDL в обеих категориях — интегральные схемы в корпусах, работающие в диапазоне от постоянного тока до 40 ГГц, и силовые устройства на основе GaN, работающие в диапазоне от 0,5 до 8,0 ГГц — предоставляет инженерам комплексное решение для цепочки радиочастотных сигналов от приемной до передающей цепочки.
1. Что такое микросхемы для радиочастотного и микроволнового диапазонов?
РЧ-микроволновые интегральные схемы принципиально отличаются от традиционных цифровых интегральных схем. В цифровых интегральных схемах важна логическая корректность значений “0” и “1”, тогда как в РЧ-интегральных схемах важна амплитуда, фаза, частота, уровень шума и мощность сигнала – характеристики этих аналоговых величин на частотах в гигагерцах определяют верхний предел всей системы.
Микроволновые интегральные схемы РЧ можно разделить на две основные категории:
Гибридные микроволновые интегральные схемы: Интегрировать несколько отдельных кристаллов, изготовленных по разным технологическим процессам и из разных материалов (таких как GaAs-усилитель низкого уровня, GaN-усилитель мощности, переключатели на кремниевой основе), на керамической или металлической подложке, соединив их с помощью технологий микросборки для формирования полнофункционального РЧ-модуля.
Монолитные микроволновые интегральные схемы (MMIC): Изготовить всю функциональную радиочастотную схему на одном полупроводниковом кристалле с использованием полупроводниковых технологий. Типичными примерами MMIC являются реализации низкошумных усилителей (LNA), усилителей мощности (PA), смесителей и других устройств на основе GaAs-HEMT и GaN-HEMT.
2. Ассортимент микросхем STARDL для радиочастотного и микроволнового диапазонов
Компания STARDL предлагает ассортимент высокопроизводительных интегральных схем для радиочастотного, микроволнового и миллиметрового диапазонов, охватывающий частоты от низких гигагерц до миллиметровых диапазонов. Ассортимент включает в себя полный набор функций цепи обработки сигнала, в том числе передачу сигнала, усиление, преобразование частоты, маршрутизацию, ослабление и прецизионное управление синхронизацией.
Продукты подразделяются на три основные категории: Голый кристалл, Интегральные схемы в корпусах, и Силовые устройства на основе GaN.
Голый кристалл представляют собой чипы на уровне подложки без корпуса, которые позволяют устранить паразитные эффекты корпуса, обеспечивая минимальные потери сигнала и превосходное теплоотведение, а также частотный диапазон до 50 ГГц. Эти продукты подходят для передних контуров радиолокационных систем и широкополосных приемопередатчиков, где имеются возможности для микросборки и требуются максимальные эксплуатационные характеристики.
Интегральные схемы в корпусах представляют собой готовые к использованию стандартные устройства для поверхностного монтажа (SMT), работающие в диапазоне частот от постоянного тока до 40 ГГц и выпускаемые как в пластиковых, так и в керамических корпусах.
Силовые устройства на основе GaN представляют собой высокомощные и высокоэффективные компоненты РЧ-входного каскада, созданные на основе технологии нитрида галлия, обеспечивающие выходную мощность до 100 Вт и охватывающие диапазон частот от 0,5 ГГц до 8,0 ГГц.
В следующих разделах речь пойдет о готовых интегральных схемах и силовых устройствах на основе GaN.
3. Интегральные схемы в корпусах: упрощение проектирования радиочастотных систем
3.1 Что такое интегральные схемы в корпусе?
Интегральные схемы в корпусе представляют собой радиочастотные чипы, заключенные в пластиковые или керамические корпуса, образующие стандартные компоненты, готовые к монтажу методом поверхностного монтажа (SMT) на печатных платах.
По сравнению с голыми кристаллами интегральные схемы в корпусе обладают рядом преимуществ:
Снизить барьер для проектирования. Использование «голых» кристаллов требует владения технологиями микросборки — креплением кристаллов, проволочной сваркой, эвтектической пайкой — а такие возможности есть не у каждой научно-исследовательской группы. Интегральные схемы в корпусах для поверхностного монтажа (SMT) совместимы со стандартными процессами сборки и могут производиться на любом заводе, обладающем базовыми возможностями для поверхностного монтажа.
Повышенная надежность. Керамический корпус обеспечивает герметичную защиту, гарантируя стабильную работу в суровых условиях эксплуатации, включая воздействие влаги, солевого тумана и температурных перепадов. Это имеет решающее значение для военного, аэрокосмического и полевого оборудования связи.
Упрощённая цепочка поставок. Один интегральный микросхема в корпусе заменяет сложный процесс, состоящий из “закупки голых кристаллов + аутсорсинга микросборки”, что значительно упрощает закупки, управление запасами и контроль качества.
3.2 Линейка интегральных схем в корпусе STARDL
Линейка интегральных схем в корпусах компании STARDL охватывает диапазон частот от постоянного тока до 40 ГГц и включает следующие категории:
Малошумящие усилители (LNA) – Основанные на технологии GaAs, они обеспечивают чрезвычайно низкий коэффициент шума на первом каскаде приемной цепи, что определяет верхний предел чувствительности всей системы. Усилители с низким уровнем шума (LNA) компании STARDL достигают коэффициента шума на уровне всего 0,35 дБ, что является конкурентоспособным показателем в данном классе продуктов.
Широкополосные драйверные усилители и усилители мощности – Обеспечение усиления и выходной мощности для цепи обработки сигнала.
Цифровые РЧ-коммутаторы с высокой степенью изоляции – Поддерживает конфигурации до SP6T, обеспечивая низкие вносимые потери и высокую изоляцию при маршрутизации сигнала.
Аттенюаторы, лимитеры и эквалайзеры – Для регулирования амплитуды сигнала и обеспечения защиты.
3.3 Технические аспекты выбора корпуса
Наиболее часто упускаемый из виду аспект при выборе готовых интегральных схем — это: Сам пакет вносит дополнительные паразитные параметры.
S-параметры, указанные в технических паспортах, как правило, измеряются на пробной станции на уровне подложки — при этом щупы соприкасаются непосредственно с контактными площадками микросхемы. Однако на печатной плате выводы корпуса, соединительные провода и трассы вносят дополнительную индуктивность и ёмкость. Эти паразитные элементы становятся значимыми на высоких частотах (особенно выше 10 ГГц), изменяя условия согласования импеданса.
Проекты интегральных схем в корпусе, разрабатываемые компанией STARDL, проходят тщательную оптимизацию посредством совместного моделирования корпуса во всем диапазоне частот, что обеспечивает минимальное снижение характеристик при переходе от незапаянного кристалла к устройству в корпусе.
4. Силовые устройства на основе GaN: новое слово в области высокомощных радиочастотных технологий
4.1 Почему GaN?
Нитрид галлия (GaN) является наиболее типичной технологией для создания высокомощных радиочастотных устройств среди полупроводниковых материалов третьего поколения. По сравнению с традиционными технологическими процессами на основе GaAs и кремния GaN обладает тремя основными преимуществами:
Высокая удельная мощность. Ширина запрещенной зоны GaN составляет 3,4 эВ, что более чем в два раза превышает аналогичный показатель для GaAs (1,4 эВ). Это означает, что при одинаковых размерах транзистора GaN способен выдерживать гораздо более высокое напряжение и плотность тока, обеспечивая выходную мощность, в несколько раз превышающую мощность GaAs.
Высокая эффективность. GaN-HEMT отличаются низким сопротивлением в включенном состоянии и высокой скоростью переключения, что позволяет достичь коэффициента полезного действия стока выше 60% в усилителях мощности РЧ.
Высокая термическая стабильность. Устройства на основе GaN демонстрируют гораздо меньший дрейф характеристик при высоких температурах, чем устройства на основе GaAs, что делает их особенно подходящими для применения в системах высокой мощности и с высокими температурами, таких как радиолокационные передатчики, системы радиоэлектронной борьбы и терминалы спутниковой связи.
4.2 Тенденции рынка силовых устройств на основе GaN
Мировой рынок GaN-компонентов для радиочастотного диапазона в 2025 году оценивался примерно в $1,894 млрд и, по прогнозам, к 2030 году достигнет $3,536 млрд при среднегодовом темпе роста (CAGR) на уровне 13,29%. Другие исследования показывают, что мировой рынок GaN-чипов для радиочастотного диапазона уже превысил $3.42 млрд в 2025 году, продемонстрировав рост на 27.6% по сравнению с 2024 годом, и, как ожидается, к 2030 году он вырастет до $9.87 млрд.
К ключевым факторам роста рынка GaN в России относятся: развертывание базовых станций 5G, широкое распространение Радары с активной фазированной антенной решеткой (AESA), обновления до системы спутниковой связи, а также модернизация оборудования радиоэлектронной борьбы.
4.3 Линейка GaN-силовых устройств компании STARDL
Линейка силовых устройств на основе GaN компании STARDL охватывает диапазон частот от 0,5 ГГц до 8,0 ГГц и поддерживает как непрерывный (CW), так и импульсный режимы работы.
Диапазон частот: От L-диапазона (1–2 ГГц) до C-диапазона (4–8 ГГц), охватывающих основные диапазоны, используемые в радиолокации, спутниковой связи и инфраструктуре базовых станций.
Выходная мощность: До 61,5 дБм (примерно 141 Вт), что соответствует требованиям к высокой мощности — от тактических радиолокационных станций до спутниковой связи дальнего радиуса действия.
Режимы работы: Режим CW — для сценариев непрерывной передачи (например, восходящие каналы спутниковой связи), импульсный режим — для сценариев радиолокационного обнаружения.
Формы выпуска продукции: Включая усилители мощности с внутренней согласованностью (Internally-Matched PA) со встроенными сетками согласования импеданса, которые упрощают проектирование внешних согласующих цепей.
Силовые устройства на основе GaN от компании STARDL оснащены предварительно согласованными сетями внутреннего импеданса, которые обеспечивают стабильную линейность и высокую надежность в режимах работы с большими сигналами, непрерывным излучением (CW) или импульсным режимом.
5. Решение по выбору: интегральные схемы в корпусе или силовые устройства на основе GaN
| Размер | Интегральные схемы в корпусах | Силовые устройства на основе GaN |
|---|---|---|
| Типичные области применения | Сигнальные цепи малой и средней мощности, приемные цепи, универсальные РЧ-модули | Высокомощные передающие цепи, входные блоки радиолокационных систем, восходящие каналы спутниковой связи |
| Диапазон частот | постоянный ток – 40 ГГц | 0,5–8,0 ГГц |
| Выходная мощность | От милливатт до нескольких ватт | До 100 Вт и более |
| Тип упаковки | SMT (пластик/керамика) | Модули с внутренней согласованностью / керамические |
| Сложность проектирования | Низкий (стандартная сборка SMT) | Высокий (требует смещения, управления тепловым режимом) |
| Типичные сценарии использования | ЛНА приемника, РЧ-коммутаторы, усилители-драйверы | Радиолокационные усилители мощности, системы радиоэлектронной борьбы, терминалы спутниковой связи |
Принимая решение о выборе, учитывайте следующие три аспекта:
Требования к электропитанию. Если вам требуется выходная мощность от милливатт до нескольких ватт, то интегральные схемы в корпусе являются более простым и экономичным выбором. Если же вам нужна мощность передачи в десятки или даже сотни ватт — например, для радиолокационных передатчиков или каналов восходящей связи спутниковой связи — то без силовых устройств на основе GaN не обойтись.
Возможности проектирования. К интегральным схемам в корпусе предъявляются менее строгие требования к проектированию — достаточно стандартных процессов поверхностного монтажа в сочетании с рекомендациями из технического описания. Мощные устройства на основе GaN требуют более глубоких знаний в области проектирования радиочастотных систем — проектирования цепей смещения, управления тепловым режимом, согласования импульсной модуляции — и все эти факторы напрямую влияют на то, сможет ли устройство достичь характеристик, указанных в техническом описании.
Требования к охране окружающей среды. Если система должна надежно работать в течение длительного времени в суровых условиях, характеризующихся высокими температурами, влажностью или вибрацией, GaN-устройства в керамическом корпусе обеспечивают явное преимущество в плане надежности.
6. Технические преимущества STARDL
Основные преимущества компании STARDL в области микроволновых радиочастотных интегральных схем проявляются в трёх аспектах:
Полное покрытие цепочки. От малошумящих усилителей до усилителей мощности, от смесителей до переключателей, от голых кристаллов до готовых устройств — компания STARDL предлагает комплексное решение для цепочки радиочастотных сигналов. Это означает, что инженеры могут закупать все основные компоненты как для цепочки приема, так и для цепочки передачи у одного поставщика, что позволяет избежать проблем, связанных с координацией работы нескольких поставщиков.
Широкий диапазон частот. В диапазоне от постоянного тока до 50 ГГц, охватывающем все основные области применения, включая радиолокацию, спутниковую связь и инфраструктуру 5G.
Дизайн, ориентированный на инженерные решения. Продукты STARDL разработаны не только для лабораторных испытаний, но и для обеспечения стабильности и надежности в реальных системных средах. Продукты оптимизированы для интеграции в системы высокой плотности, что помогает инженерным командам упростить проектирование РЧ-фронт-энда, оптимизировать теплоотвод и преодолеть ограничения по занимаемому пространству.
Реальность инженерного дела
Микроволновые интегральные схемы РЧ-диапазона являются основополагающими компонентами радиолокационных систем, спутниковой связи и беспроводных систем. Понимание характеристик и областей применения интегральных схем в корпусе и силовых устройств на основе GaN — это первый шаг к успешному проектированию РЧ-фронт-энда.
Для команд, стремящихся к повышению эффективности проектирования и ускорению производства, интегральные схемы в корпусах представляют собой отработанное “готовое к использованию” решение. Для команд, стремящихся к максимальной выходной мощности и высокой производительности в радиолокационных передатчиках или каналах восходящей связи спутниковой связи, силовые устройства на основе GaN предлагают оптимальное сочетание удельной мощности и КПД из доступных на сегодняшний день решений.
Ассортимент продукции STARDL, охватывающий оба направления — интегральные схемы в корпусах, работающие в диапазоне от постоянного тока до 40 ГГц, и силовые устройства на основе GaN, работающие в диапазоне от 0,5 до 8,0 ГГц с выходной мощностью до 100 Вт, — предоставляет инженерам полный спектр решений для самых разнообразных задач.
Вас интересуют микроволновые интегральные схемы STARDL? Посетите stardl.com/rf-microwave-ics/ для ознакомления с подробной технической документацией и техническими паспортами продукции.
