Una volta che il 5G colpisce, i convertitori CC-CC possono essere la grazia salvifica dell'amplificatore di potenza RF

9 ore fa p Jake Hertz Con l'imminente lancio del 5G, gli ingegneri hanno avuto il compito di riprogettare gran parte dell'infrastruttura cellulare che supporterà le alte frequenze offerte dal 5G. Una delle maggiori sfide di questo progetto è minimizzare il consumo di energia; un minore consumo energetico significa una maggiore durata della batteria nei telefoni e meno soldi nelle stazioni base. Come sottolinea Timothy Hegarty di Texas Instruments, sia nelle stazioni base che nei dispositivi cellulari, gli amplificatori di potenza sono i principali consumatori di energia.
Per questo motivo, gli ingegneri hanno perfezionato questo componente con la speranza di massimizzare la sua efficienza energetica. È interessante notare che le tecnologie di conversione CC-CC possono essere la chiave per ottimizzare l'efficienza energetica negli amplificatori di potenza RF. Riconoscendo questa realtà, Flex Power Modules ha recentemente collaborato con OpenRAN e O-RAN Alliance per espandere la sua gamma di convertitori DC-DC per amplificatori di potenza RF.
"Stiamo sfruttando la nostra interazione con i membri OpenRAN per fornire alle aziende una vasta selezione di parti DC-DC ideali per le applicazioni RFPA", spiega il responsabile delle vendite dell'APAC di Flex Power Modules, James Zhang. Una panoramica degli amplificatori di potenza RF e della loro efficienza energetica può aiutarci a dimensionare i convertitori CC-CC come soluzione, soprattutto di fronte al 5G. Gli amplificatori di potenza RF (RFPA), in parole semplici, sono dispositivi che convertono un segnale a radiofrequenza a bassa potenza in un segnale a radiofrequenza ad alta potenza.
Questi componenti vengono utilizzati nella sezione del trasmettitore di un sistema RF poiché sono necessari per pilotare l'antenna e trasmettere il segnale. A causa delle leggi fondamentali della termodinamica, è fisicamente impossibile per i dispositivi elettronici raggiungere il 100% di efficienza energetica. Le applicazioni RF soffrono in particolare di una scarsa efficienza energetica a causa dei numerosi impedimenti della conversione della potenza CC in potenza RF.
Queste cause includono perdita del percorso del segnale, alte frequenze operative e carenze intrinseche dei dispositivi. In una RFPA, la linearità è di pari importanza per l'efficienza energetica. La linearità è fondamentale poiché gli schemi di modulazione utilizzati nella comunicazione cellulare creano segnali modulati in ampiezza che mostrano un inviluppo di ampiezza non costante.
Sfortunatamente, questo presenta un compromesso con l'efficienza energetica perché un'operazione PA efficiente si verifica nella compressione del guadagno (quando gli amplificatori non mostrano una relazione lineare tra input e output power). Pertanto, gli amplificatori di potenza sono costretti a funzionare in modo meno efficiente per motivi di linearità. Storicamente, in un dispositivo cellulare, l'amplificatore di potenza viene alimentato direttamente dalla batteria del dispositivo.
In questo modo, diventa una fonte di inefficienza perché, come accennato in precedenza, gli schemi di modulazione cellulare fanno sì che i segnali abbiano ampiezze non costanti. In sostanza, stiamo fornendo una quantità costante di potenza a un amplificatore, anche se la quantità effettiva di potenza necessaria varia. Creativamente, gli ingegneri hanno escogitato tecniche come il tracking di potenza media (APT) e il tracking di inviluppo (ET) per risolvere questo problema.
Utilizzando queste tecniche, la potenza fornita all'amplificatore è determinata dalla potenza media del segnale o dall'inviluppo del segnale. Un convertitore CC-CC può migliorare alcune di queste inefficienze di potenza negli amplificatori di potenza RF. Per fornire il monitoraggio della potenza in tempo reale e regolare dinamicamente la tensione di alimentazione CC, è necessario un convertitore CC-CC.
Per le applicazioni RF, un regolatore lineare è apparentemente la scelta migliore per un convertitore perché genera pochissimo rumore e non esiste alcuna commutazione ad alta frequenza che potrebbe potenzialmente interferire con il segnale RF. Tuttavia, poiché la potenza è una grande preoccupazione, i regolatori lineari non vengono scelti a causa delle loro inefficienze. Ciò ha portato le aziende a progettare moduli convertitore DC-DC che sono specificamente ottimizzati per gli amplificatori di potenza RF.
Affinché il 5G abbia successo su larga scala, dovrà essere efficiente dal punto di vista energetico. L'efficienza energetica consente di risparmiare sui costi di energia e soluzioni di raffreddamento. È per questi motivi che aziende come Flex Power Modules hanno sfruttato O-RAN e OpenRAN per accrescere la loro presenza nel mercato RFPA.
Lo sviluppo continuo di convertitori DC-DC specifici per RFPA porterà probabilmente a soluzioni 5G scalabili e convenienti per supportare la comunicazione cellulare e le applicazioni IoT. Se lavori con l'infrastruttura cellulare per il 5G, come hai tenuto conto dell'efficienza energetica nella progettazione? Condividi le tue esperienze nei commenti qui sotto ..