低于6GHz的5G基站的功率需求正在推动从LDMOS放大器向基于GaN的解决方案的转变。高功率密度、高效率和更宽的频率支持使其成为许多RF应用的引人注目的解决方案。在嵌入式开发中，任何嵌入式系统设计师都会告诉你，每种材料都有一个权衡。要充分利用GaNRF功率放大器的优势，通常需要在方法上做一些小小的改变，这样做的结果是值得的。

在探索设计最佳实践之前，有必要澄清一下围绕GaN的常见误解。

费用

GaN被工程界的许多人视为成本过高。从狭义的角度来看，这是准确的。如今，GaN的生产成本比纯硅或LDMOS解决方案更高。然而，这忽略了可以抵消额外系统成本的性能提升。性价比是评价的关键数字。根据需要，GaN可能会降低整个系统的总成本，因为您可以在更小的封装中满足电源需求。更小的封装不仅降低了电路板尺寸和成本，还降低了散热器的成本。多频段和宽带GaN放大器可以取代系统中的多个独立窄带放大器，从而进一步降低系统总成本。这并不是说它是所有应用的完美之选，但是从性价比的角度来看，GaN通常意味着节省。总拥有成本是GaN可以展示其技术优势的地方。

此外，氮化镓产量大幅增长。随着给定基站系统中PA数量的增加，这一点在大规模MIMO空间中非常明显。随着GaN在这些不同的子市场中获得市场份额——5G基站是其中较大的一个——供应商能够扩大批量生产，将供应链成本降至极具竞争力的水平。这意味着GaN以更低的成本提供更好的性能，获得更广泛的采用，并从规模中节省更多成本。GaN的价格只会越来越有竞争力。

并非所有GaN的行为都一样

有一种误解，认为所有GaN功率放大器都很相似，可以商品化。依赖LDMOS解决方案的工程师很容易做出这样的假设。如果你在半导体层面上观察不同厂商的LDMOS器件的特性，你会发现它们非常相似。在GaN空间中情况并非如此。每个供应商解决GaN生产挑战的开发方法都不一样，这就转化为不同的优势和劣势。因此，每个供应商的GaN表现不同，并且供应商通常有不同的解决方案来适应其独特的pa。在嵌入式开发中，嵌入式设计人员不应假设他们过去使用GaN的经验适用于所有厂商。与您的供应商密切合作，确保您从每种独特的GaNPA中获得最大收益。

栅电流

嵌入式设计人员在GaNPA的数据手册上看到高栅极电流，并有所顾虑。他们认为高栅极电流会导致器件故障。事实是，高门并不总是意味着它是一个可靠性问题。可靠性非常依赖于技术，这又回到了之前讨论过的问题——并非所有GaN的表现都一样。通过简单的偏置电路调整来适应更高的电流，系统的功效和密度都有显著提高。

设计解决方案以最大化GaN性能

如前所述，GaN提供了更高的功率密度、效率和频率灵活性。然而，为了充分发挥半导体的潜力，嵌入式设计人员应该发挥材料的优势。下面是一些需要考虑的系统级设计实践。

线性化设计

在使用GaN之前，大多数嵌入式设计人员最关心的问题是线性化。有一种感觉是GaN很难线性化。有这样的情况，但也有可管理的方法来解决线性化不足，减轻非线性和陷阱效应。这可以通过将器件置于理想应用空间的系统设计方法来实现，也可以通过控制IQ漂移和跟踪陷阱效应的软件算法来实现。供应商生态系统已经发展到可以应对这些挑战。

虽然还有工作要做，但回报是显著提高能效。这是一个需要考虑的权衡。根据需要，在嵌入式开发中，一些设计人员将进行这种交易，其他人将退回到传统的LDMOS解决方案。

虽然GaN线性度仍有提高的空间，但GaN晶体管的低漏源电容可以更好地响应宽和超宽瞬时带宽信号，从而使这些信号的整体系统线性化更好。视频带宽也是GaN优于竞争技术的一个领域。

散热意识

GaN功率放大器在硅基技术无法达到的温度下工作，简化了系统内的散热和冷却要求。然而，如果嵌入式设计人员不小心，更高的热密度可能会带来挑战，尤其是在使用更少的GaNPAs已经缩小了系统尺寸的情况下。较小的系统会给意外的组件带来更大的热压力。

工程团队倾向于关注结温。由于GaNPAs支持如此高的结温，系统的其它部分成为限制因素。焊点是一个经常被忽视的例子。系统设计需要考虑这一点。工程师最好重新评估内部可靠性要求，了解GaNPAs可以在更高的温度下工作，并在设计过程中充分利用这一点。

利用供应商的专业知识

厂商知道自己产品的理想应用并不奇怪，但应用工程师对射频以外的嵌入式系统的了解可能会让客户感到震惊。为了尽可能有效，GaNPA需要与器件的其余部分协同工作。这需要围绕载波和峰值电压等元素进行整体产品优化。在嵌入式开发中，这在PA技术中是相当标准的，但需要注意的是，GaN应用也存在同样类型的交易空间。