logotypen
 
 

IN FOCUS

IP suojaan ulkoiseen muistiin

Monet markkinoilla olevat mikro-ohjaimet tarjoavat tallennuskapasiteettia muutamien megatavujen verran, mikä vaikuttaa merkittävästi tuotteen hintaan. Sopiva vaihtoehtoinen ratkaisu on käyttää ulkoista muistia, jota voidaan hankkia suuremmissa määrissä selvästi edullisempaan hintaan ja useilla eri kapasiteettivaihtoehdoilla – yleensä muutamasta megatavusta satoihin megatavuihin.

Lue lisää...

Kaksiasteisen RF-tehovahvistimen hyötysuhdetta voidaan merkittävästi parantaa hyödyntämällä ohjainosassa matalajännitteistä tehonsyöttöä. Samalla voidaan välttää ohjaimen ja pääteasteen välinen impedanssinsovitus. Näin piirin fyysinen kokokin pienenee ja kustannukset alenevat.

Artikkelin kirjoittajat Mustafa AcarOsman CeylanFelicia KieblerSergio Pires ja Stephan Maroldt toimivat Ampleon-yhtiössä RF-suunnittelun asiantuntijoina. Ampleon syntyi vuonna 2015, kun NXP:n ja Freescale Semiconductorin RF-liiketoiminnat yhdistettiin. 

Langattoman datansiirron yleistyminen lisää kysyntää tietoliikennejärjestelmille, jotka pystyvät välittämään entistä enemmän informaatiota yhä energiatehokkaammin. Niiden avulla voidaan leikata järjestelmien käyttökuluja ja pidentää mobiililaitteiden akunkestoa.

Erityisesti RF-lähettimen tehovahvistimelle (PA) on haastavaa vastata molempiin vaatimuksiin, sillä sen tulisi yltää korkeaan keskimääräiseen hyötysuhteeseen ja samaan aikaa päästä myös korkeaan PAR-tehosuhteeseen (Peak-to-Average-Power), mitä uusimpien mobiiliverkkostandardien monimutkaiset laajakaistamoduloinnin menetelmät edellyttävät.

RF-tehovahvistimen ohjainosan ja pääteasteen hyötysuhteet määräävät yhdessä koko vahvistimen keskimääräisen hyötysuhteen.

Ampleon on kehittänyt erittäin korkeaan hyötysuhteeseen yltävän kaksiasteisen RF-tehovahvistimen. MMIC-piirin muotoon (Monolithic Microwave IC) integroitu vahvistinpiiri hyödyntää ohjaimena alhaisella jännitteellä toimivaa GaN-transistoria. Tämän ansiosta koko tehovahvistimen hyötysuhde saadaan nostettua korkealle tasolle vähentämällä ohjainasteen tehonkulutusta. Samalla saadaan poistettua impedanssinsovituksen tarve ohjaimen ja pääteasteen välillä.

MMIC-piirin pääteaste on päätetty E-luokan QLI-kuormituspiirillä (Quasi Load-Insensitive), joka tarjoaa hyvin korkean hyötysuhteen huolimatta kuormamodulaation aiheuttamista laajoista tehovaihteluista vahvistimen lähdössä. Kuormituspiiri on pakattu tavanomaiseen RF-piirikoteloon hyödyntäen samalla bondattujen liitosjohtojen induktansseja ja kotelojohtimien kapasitansseja.

Kuormitusmittaukset osoittavat, että tehovahvistimen hyötysuhde säilyy yli 70 prosentin tasolla huolimatta kuormamodulaation laajoista vaihtelualueista, kuten lähtötehon 8 desibelin vaihtelusta. Hyvällä tasolla säilyvä hyötysuhde tekee vahvistimesta erittäin käyttökelpoisen kaikissa kuormamodulaatiota käyttävissä PA-arkkitehtuureissa kuten Doherty- ja Outphasing-tekniikoissa.

MMIC-piirin demoamista varten tehtiin oma piirilevy. Järjestelmän lineaarivahvistukseksi mitattiin noin 27 dB hyötysuhteen ollessa parhaimmillaan 76 prosenttia, kun lähtöteho oli 2,14 gigahertsin taajuudella 35,4 dBm. Ohjainasteen ja pääteasteen syöttöjännitteet olivat 5,5 ja 25 volttia. Demonstraatiossa tuloasteeseen syötettiin WCDMA-standardin mukaista signaalia, joka sisältää VS-GMP DPD -algoritmin (Vector-Switched Generalized Memory Polynomial Digital Pre-Distortion). Viereisen kanavan vaimennussuhteeksi saatiin –52,4 dBc, kun keskimääräinen lähtöteho oli 29,4 dBm.

Piirin arkkitehtuuri

Kuvassa 1 nähdään sekä perinteisen RF-tehovahvistimen (vas.) että matalajännitteiseen ohjaimeen perustuvan uuden vahvistimen piirikaaviot.

Kuva 1. Vasemmalla korkean syöttöjännitteen ohjaimeen perustuva perinteinen RF-tehovahvistin, oikealla matalajännitteiseen ohjaimeen perustuva uusi vahvistin.

Perinteisessä lähestymistavassa käytetään samaa syöttöjännitettä sekä ohjaimelle että pääteasteelle. Tämän vuoksi tehovahvistimeen tarvitaan impedanssinsovituspiiri ohjaimen ja pääteasteen välille. Käyttämällä matalaa syöttöjännitettä ohjaimelle sen lähtöimpedanssi saadaan alennettua riittävästi niin, ettei tehovahvistimen osien välille tarvita sovituspiiriä lainkaan, minkä ansiosta vahvistimen tehohäviöt vähenevät. Matalampi syöttöjännite alentaa myös ohjainosan tehonkulutusta, mikä edelleen parantaa koko tehovahvistimen hyötysuhdetta. Kun ohjaimen ja pääteasteen välisestä sovituspiiristä päästään eroon, MMIC-piirin fyysistä kokoa voidaan pienentää, mikä alentaa vahvistimen kokonaiskustannuksia.

Kuvassa 2 verrataan korkeajännitteiseen ohjaimeen perustuvan perinteisen ja matalajännitteiseen ohjaimeen perustavan uuden RF PA -ratkaisun kokonaishyötysuhdetta simulaatiossa. Vaikka simuloitu DE-hyötysuhde (Drain Efficiency) on kummallakin rakenteella lähes samaa tasoa, merkittävä ero nähdään kuitenkin PAE-hyötysuhteessa (Power Added Efficiency).

Kuva 2. Perinteisen ja uuden vahvistinrakenteen vertailussa simuloimalla saatu DE-hyötysuhde (ylempi) ja PAE-hyötysuhde (alempi), kun tehovahvistin toimii 2,14 gigahertsin taajuudella.

Kaksiasteinen GaN HEMT MMIC

MMIC-piiri valmistettiin kaksiasteiseksi vahvistimeksi käyttämällä Fraunhoferin IAF 0,25 μm GaN HEMT -teknologiaa moniprojektisella piikiekolla. Ohjainosan hilanleveydeksi tuli 0,488 mm ja pääteasteen hilanleveydeksi 2,4 mm. Päätetransistori ja ohjaintransistori integroitiin piikiekolle yhdessä AC-kytkentäkondensaattorin ja hilan biasointivastusten kanssa, kuten kuvasta 3 nähdään.

E-luokan QLI-kuormituspiiri

MMIC-piirin pääteaste on päätetty E-luokan QLI-kuormituspiirillä, jotta korkea hyötysuhde säilyisi huolimatta kuormamodulaation aiheuttamista laajoista tehovaihteluista vahvistimen lähdössä.

MMIC ja sen QLI-kuormituspiiri asennettiin Ampleonin keraamiseen SOT1112A-standardikoteloon. Bondattuja liitosjohtoja hyödyntäen muodostettiin samalla 4,9 nH induktanssi L1 ja kotelojohtimien avulla 1,5 pF kapasitanssi C1.

Kuva 3. MMIC-vahvistimen ja sen kuormitusverkon piirikaavio.

Kuvassa 4 nähdään koteloidun MMIC-vahvistimen hyötysuhde kuormitusmittauksessa. Se osoittaa, että vahvistin säilyttää korkean hyötysuhteensa kuormituksen vaihdellessa laajasti.

Kuva 4. Matalajännitteiseen ohjaimeen perustuvan MMIC-tehovahvistimen DE-hyötysuhde ja PAE-hyötysuhde pulssimuotoisessa kuormituksessa 2,14 gigahertsin taajuudella.

Demolevyn rakentaminen ja testaus

Matalajännitteiseen ohjaimeen perustuvan lähestymistavan tuomien etujen varmistamiseksi MMIC-piiriä varten suunniteltiin piirilevy, jonka lähtöasteen impedanssi viritettiin samalle tasolle, jolla MMIC yksinään saavutti suurimman hyötysuhteensa aiemmin mainitussa kuormitusmittauksessa.

Piirilevy valmistettiin käyttämällä substraattina Rogersin RO4350B-materiaalia. Levy nähdään kuvassa 5 biasointi- ja sovituskomponentteineen.

Kuva 5. Valmiiksi asennetun tehovahvistimen kaikki komponentit piirilevyllä arvoineen.

Kuvassa 6 nähdään valmiin tehovahvistimen DE-hyötysuhde ja PAE-hyötysuhde mitattuna 2,14 GHz jatkuva-aaltoisella signaalilla. PAE-lukema on parhaimmillaan 76 %. Ohjaimen tehonkulutus on niin vähäinen, että DE- ja PAE-hyötysuhteiden välinen ero on täysin vähäpätöinen sekä alhaisilla että korkeilla tehotasoilla. Mitattu piensignaalivahvistus on 27 desibeliä 2,14 gigahertsin taajuudella.

Kuva 6. Lopullisesta vahvistinpiiristä mitattu vahvistus, DE-hyötysuhde (musta viiva) ja PAE-hyötysuhde (punaiset neliöt).

Mallikas ratkaisu

Matalajännitteistä ohjainastetta hyödyntämällä voidaan RF-tehovahvistimen kokonaishyötysuhde nostaa korkealle tasolle, kun vahvistinpiirissä sovelletaan galliumnitridiin (GaN) pohjautuvaa 0,25 μm HEMT-teknologiaa (High Electron Mobility Transistor). Mittaukset osoittavat, että matalajännitteiseen ohjaintransistoriin perustuva MMIC-vahvistinpiiri asennettuna yhdessä E-luokan QLI-kuormitusverkon kanssa samaan RF-koteloon muodostaa RF-tehovahvistimen, jonka hyötysuhde säilyy yli 70 prosentin tasolla, vaikka lähtötehon vaihtelualue olisi jopa 8 desibeliä. Tämä tekee vahvistimesta mainion vaihtoehdon kaikkiin PA-arkkitehtuureihin, jotka perustuvat kuormamodulaatioon, jota sovelletaan muun muassa Doherty- ja Outphasing-tekniikoissa.

MORE NEWS

Uuden sirun avulla kännykkä voi tietää sijaintinsa sentin tarkkuudella

Nykyisten GPS-järjestelmien tarkkuus on vain muutamia metrejä, mutta uusi teknologia voi viedä paikannuksen tarkkuuden senttimetriluokkaan. Purdue Universityn ja Chalmersin teknillisen yliopiston tutkijat ovat kehittäneet sirupohjaisen aaltokampatekniikan, joka voi mullistaa navigoinnin, autonomiset ajoneuvot ja tarkat mittausjärjestelmät.

Uusi salaus suojaa jo tämän päivän kuituyhteyksiä kvanttikoneilta

Kvanttitietokoneiden uhka nykyiselle tietoturvalle on herättänyt huolta laajasti: tulevaisuudessa ne voivat murtaa laajasti käytössä olevat salausmenetelmät. Nyt Karlsruhen teknillisen instituutin (KIT) tutkijat ovat kehittäneet ratkaisun, joka tuo kvanttiturvallisen salauksen jo olemassa oleviin kuituyhteyksiin – ilman kalliita erikoislaitteita.

Tekoäly alkaa valvoa Pohjoismaihin tulevaa dataa

Tiedon valtaväylistä Pohjoismaissa vastaava GlobalConnect ottaa käyttöön kehittyneen tekoälypohjaisen valvontajärjestelmän. Yhtiö investoi ScienceLogicin alustan käyttöönottoon, jonka avulla voidaan reaaliaikaisesti seurata verkon toimintaa ja ratkaista ongelmia ennen kuin ne ehtivät vaikuttaa käyttäjiin.

Uusi fotonipiiri kiihdyttää tekoälyn prosessoinnin huippunopeuteen

Amerikkalainen teknologia-alan yritys Lightmatter on julkaissut uudenlaisen fotoniikkaan perustuvan superpiirin, joka lupaa mullistaa tekoälyn infrastruktuurin. Passage M1000 -niminen piiri mahdollistaa ennennäkemättömän nopean tiedonsiirron tekoälylaskennassa, avaten tien entistä suuremmille ja tehokkaammille AI-malleille.

Trumpin politiikka voi nostaa seuraavan iPhonen hintaa jopa 40 prosenttia

USA Todayn mukaan Applen iPhonet saattavat kallistua jopa 43 prosenttia Yhdysvaltain presidentin Donald Trumpin uusien tullien seurauksena. Trump ilmoitti keskiviikkona laajasta uudesta tullisuunnitelmasta, jonka tavoitteena on vauhdittaa yhdysvaltalaista tuotantoa. Tämä sisältää 34 prosentin lisätullit Kiinasta tuotaville tuotteille, mikä nostaa kokonaistullin 54 prosenttiin – korkeimmaksi Yhdysvaltain historiassa Kiinaa kohtaan.

Tänä vuonna jo joka viides uusi auto kulkee sähköllä

Sähköautojen suosio jatkaa kasvuaan haasteista ja epäilyksistä huolimatta. Uusimpien tilastojen mukaan vuonna 2025 jo 18 % maailmanlaajuisista autokaupoista kohdistuu sähköautoihin – kolme kertaa enemmän kuin viisi vuotta sitten.

Microsoft lähti liikkeelle 50 vuotta sitten BASIC-tulkista

Microsoft juhlii tänä vuonna 50-vuotista taivaltaan, ja juhlan kunniaksi yhtiön perustaja Bill Gates julkaisi alkuperäisen ohjelmakoodin, joka käynnisti koko teknologiayrityksen – Altair BASIC -tulkin. Gatesin mukaan kyseessä on "siistein koodi, jonka olen koskaan kirjoittanut".

Rohde lisäsi tehoa EMC-mittauksiin

Rohde & Schwarz on julkaissut päivitetyn version ELEKTRA-ohjelmistostaan, joka tuo lisää tehoa ja automaatiota EMC-mittauksiin. Uusi ohjelmistoversio tukee kaikkia ajankohtaisia EMC-standardeja eri toimialoilla – mukaan lukien kaupallinen elektroniikka, autoteollisuus, langattomat järjestelmät, puolustus ja ilmailu.

Tekoäly vaikuttaa lähes joka toiseen työpaikkaan

Tekoäly on nopeasti nousemassa maailman talouksien uudeksi moottoriksi – ja murroksen keskiössä ovat työmarkkinat. YK:n kauppa- ja kehitysjärjestön (UNCTAD) tuoreen Technology and Innovation Report 2025 -julkaisun mukaan jopa 40 prosenttia maailman työpaikoista on alttiina tekoälyn vaikutuksille. Se voi tarkoittaa joko työn automatisointia tai sitä, että työtehtävät muuttuvat perustavalla tavalla.

Tamperelaissiru purkaa useampia audiovirtoja kuin mikään muu prosessori

Tamperelainen VLSI Solution on julkaissut uuden sukupolven audioprosessorin, joka asettaa uudet standardit äänenkäsittelylle sulautetuissa järjestelmissä. VS1073-uutuuspiiri pystyy purkamaan ja käsittelemään enemmän äänenpakkausmuotoja kuin mikään muu prosessori markkinoilla – mukaan lukien uudet tuetut formaatit kuten ALAC, DSD, Opus ja AC-3.

Uusi LUMI-supertietokone yllättää: kylkeen tulee kvanttitietokone

Suomeen rakennetaan maailman tehokkainta tekoälysupertietokonetta, ja sen rinnalle kehitetään nyt myös täysin uusi kvanttilaskenta-alusta. LUMI AI Factory -hankkeen johtaja Pekka Manninen vahvistaa, että uusi huippuluokan laskentaympäristö käynnistyy keväällä 2027.

Samsungin uusin tuo tekoälyn jäässä oleville tablettimarkkinoille

Tablettimarkkinat hakevat suuntaa, mutta Samsung uskoo tekoälyyn. Yhtiö julkaisi 2. huhtikuuta uuden Galaxy Tab S10 FE -sarjan, joka tuo älykkäät ominaisuudet yhä useamman käyttäjän ulottuville. Vaikka markkina kokonaisuudessaan junnaa lähes paikallaan, Samsung pyrkii herättelemään sitä AI-pohjaisella tuottavuudella ja kevyellä muotoilulla.

Trumpin tullit aiheuttavat suurta epävarmuutta puolijohdealalla

Yhdysvaltain presidentti Donald Trump on ilmoittanut uusista tullipolitiikoista, jotka uhkaavat horjuttaa puolijohdeteollisuuden globaaleja toimitusketjuja. Trumpin hallinto on määrännyt 10 prosentin perustullin kaikkiin tuontituotteisiin ja jopa 32 prosentin tullit valikoiduille maille, kuten Taiwanille. Vaikka Taiwanin puolijohteet ovat toistaiseksi tullivapaita, alan toimijat elävät epävarmuudessa mahdollisista tulevista muutoksista.

Maailman ensimmäisessä MEMS-kompassissa ei ole liikkuvia osia

Ranskalainen teknologiayritys SBG Systems on esitellyt maailman ensimmäisen MEMS-pohjaisen gyrokompassin, joka kykenee määrittämään suunnan ilman GNSS-apua ja täysin ilman liikkuvia osia. Tämä inertianavigoinnin läpimurto avaa uuden luvun tarkassa ja kompaktissa paikannuksessa, erityisesti merenkulun ja robotiikan sovelluksissa.

Cadence demosi eurooppalaisvoimin kehitettyä ajoneuvojen SoC-piiriä

Euroopassa pitäisi vähentää riippuvuutta sekä kiinalaisesta että amerikkalaisesta tekniikasta. Muutaman viikon takaisilla Nürnbergin Embedded World -messuilla nähtiinkin tähän suuntaan kasvavia versoja. Esimerkiksi Cadence ja saksalainen Dream Chip Technologies esittelivät uuden sukupolven älykkään SoC-järjestelmäpiirin ajoneuvosovelluksiin.

LUMI-tekoälytehdas on yksi ensimmäisiä Euroopassa

LUMI-tekoälytehdas avaa uuden luvun eurooppalaisessa tekoälyn kehityksessä yhdistämällä huipputeknologian, asiantuntijuuden ja yhteistyön ainutlaatuiseksi kokonaisuudeksi. Tekoälyhubin fyysiset tilat sijoittuvat Espoon Otaniemeen Aalto-yliopiston yhteyteen, ja laskennan ydin toimii Kajaanissa, missä nykyinen LUMI-supertietokone tarjoaa maailmanluokan suorituskykyä tekoälykehitykselle.

Jyväskylän ylioppilaskylään maailman nopein opiskelijanetti

Kotimainen valokuituyhtiö Lounea toteutti Jyväskylän yliopiston ylioppilaskunnan Soihtu-asuntoihin huippumodernit nettiyhteydet. Opiskelijakylä nousi kerralla maailman kärkeen tarjoamalla asukkailleen poikkeuksellisen nopeat verkkoyhteydet. 

Painetun elektroniikan tutkija TactoTekin teknologiajohtajaksi

Oululaistaustainen elektroniikkayhtiö TactoTek on nimittänyt tekniikan tohtori Pälvi Apilon uudeksi teknologiajohtajakseen. Apilo on ollut osa TactoTekin asiantuntijatiimiä vuodesta 2018 ja toiminut viimeksi yhtiön ennakoinnin ja tutkimuksen johtajana.

Linuxista tulee parempi pelaajille

Linux-kernelin tuore 6.14-päivitys lupaa merkittäviä suorituskykyparannuksia Windows-pelejä pelaaville Linux-käyttäjille. Ytimeen on tuotu parannettu NTsync-ajuri, jonka ansiosta Wine- ja Proton-yhteensopivuuskerrosten kautta ajettavat pelit voivat hyötyä jopa satojen prosenttien teholisästä tietyissä tilanteissa.

Eficoden aprillijuttu oli hieno

Yli 600 koodaajan ohjelmistotalo Eficode päätti tänä vuonna aprillipäivän kunniaksi viedä kehittäjähuumorin uudelle tasolle julkaisemalla kuvitteellisen SUAMI-järjestelmän – Single Unified AI Metrics Indicator – joka mittaa kehittäjien tuottavuutta sielunmaiseman, eksistentiaalisen ahdistuksen ja astrologian avulla.

Maksupäätteen kosketusnäyttö vaatii vahvan tietoturvan

Kosketusnäyttö on olennainen osa jokaista nykyaikaista maksujärjestelmää ja myyntipisteen POS-päätettä (point of sale terminal). Sen tietoturvaan on kiinnitettävä erityistä huomiota.

Lue lisää...

Tekoäly vaikuttaa lähes joka toiseen työpaikkaan

Tekoäly on nopeasti nousemassa maailman talouksien uudeksi moottoriksi – ja murroksen keskiössä ovat työmarkkinat. YK:n kauppa- ja kehitysjärjestön (UNCTAD) tuoreen Technology and Innovation Report 2025 -julkaisun mukaan jopa 40 prosenttia maailman työpaikoista on alttiina tekoälyn vaikutuksille. Se voi tarkoittaa joko työn automatisointia tai sitä, että työtehtävät muuttuvat perustavalla tavalla.

Lue lisää...

 

Tule tapaamaan meitä tulevissa tapahtumissamme.
R&S-seminaareihin saat kutsukirjeet ja uutiskirjeet suoraan sähköpostiisi, kun rekisteröidyt sivuillamme.
 
 R&S -seminaari: 5G Advanced & Beyond
Oulussa 13.5.2025
Espoossa 14.5.2025
 
R&S -seminaari: Calibration
Tampereella 22.5.2025

Seminaareihin ilmoittautuminen ja tiedustelut:
asiakaspalvelu@rohde&schwarz
 

 

LATEST NEWS

NEW PRODUCTS

 

ETNinsta

THIS SPACE TEMPORARILY LEFT BLANK
 
article