射频工程师的福音，GaN/GaAs/LDMOS智能偏置精准控制SoC芯片GBQ6600重磅量产发布
2023年11月9日，北京普能微电子重磅量产发布模数混合可编程智能射频功放偏置精准控制SoC芯片GBQ6600。该芯片集成多种电路功能，可实现对GaN/LDMOS/GaAs等射频功放的偏置上下电顺序进行控制以及低电阻TDD快速开关切换，同时内置简单易用的温度补偿功能可以降低射频工程师设计难度，无需编写代码即可完成功放产品设计。另外该芯片内置MTP存储器，实现电路控制掉电保存和上电恢复功能，无需额外单片机MCU，节省成本和设计难度。
在2023年5月26日，北京普能携GBQ6600参加由北京市科委、中关村管委会，北京市经信局，北京市通信管理局联合主办的中关村5G创新应用大赛总决赛（https://mp.weixin.qq.com/s/uhQ-x3L7wqeTt6rdoCByLg），并从500余个申报项目中脱颖而出荣获一等奖，为“5G赋能千行百业”贡献普能智慧。
随着5G技术的普及应用，GaN功放已经占据了市场的主要地位，对应的PA需求已经进入爆发性增长阶段，使用 GBQ6600 电源管理器件进行 GaN PA 偏置可以解决在维护系统性能时遇到的各种挑战。GBQ6600的单片解决方案在使得PA控制部分在电路板面积、系统可靠性和成本方面具有显著的优势。同时还可以为众多市场上的各类PA提供偏置，例如卫星通信、蜂窝5G、相控制雷达等。
在基站应用中，主要用于增强射频信号的PA有两种技术路线，一种是采用硅工艺的LDMOS（Laterally-Diffused Metal-Oxide Semiconductor，横向扩散MOS）技术，另外一种是基于三五族工艺的氮化镓（GaN）技术。GaN PA由于具有带宽更宽、高功率附加效率、功率密度更大、体积更小，非常适合5G高频应用的需求，因此5G基站GaN射频PA将成为主流技术，逐渐占领LDMOS 和GaAs的市场，成为RF高功率应用的主流技术。
图1 PA馈电原理图
GBQ6600为RF功率晶体管提供了一种四通道DAC输出及温度补偿方案，随温度变化保持恒定的静态漏极电流。具有独特的两段式温度-电压控制器和偏置电压生成DAC可以通过接口电路进行编程，其中所需的控制代码存储在内部MTP中。一旦通电，偏置控制器自动检索预定义的偏置设置，以提供用于在控制应用中稳定和补偿偏置电压和电流的完整解决方案。GBQ6600具有四个模拟输出，可通过专用控制引脚切换至负载。输出开关设计用于快速响应，并与器件PA_ON管脚相结合，实现了对耗尽型晶体管（如GaAs和GaN）的正确上下电排序和保护。灵活的DAC输出范围和内置的排序功能使该器件可以用作多种晶体管技术（如LDMOS/GaAs/GaN/HBT）的偏置解决方案。
可为PA栅极电压提供精准的电压控制
为了确定PA的最优偏置状态，必须在功放的线性度、效率和增益等参数之间进行平衡。通过对漏极偏流的控制，使其随温度和时间的变化而保持恒定的值，可改善功放的整体性能，同时又可确保功放工作在调整的输出功率范围之内。目前常用的方法是动态控制功放的栅极电压，首先量化PA的漏极电流和工作温度，通过计算生成偏置电压的数字控制量，通过DAC或电阻设定所需的偏置，使功放工作在所需的最佳偏置状态，以实现最优的性能，而无论电压、温度和其他环境参数如何变化（叁考图1）
温度补偿功能
功放温补电路主要作用是为了弥补在高低温情况下，由于温度的变化，功放的漏极电流会随温度变化出现抖动。温补电路就是通过和MOS管高低温下特性相反的原理实现温度特性补偿。功放温补电路实现大多采用复杂的数字查表LUT温补方法实现，但在要求设计简单且成本存在要求时，GBQ6600创新型利用纯模拟电路方法，实现简单的温度补偿方案（叁考图2，3）。
GBQ6600温度补偿
-可使用内置温度传感器
-可使用外置温度传感器
-温度拐点外部设置
-温补斜率可正可负，四个VOUT斜率可不同
图2，温度补偿拐点控制示意图
图3，温感及数字接口框图
GBQ6600自动上电时序控制
GaN是第三代半导体的代表，由于其禁带宽度宽，所以由GaN材料制作的微波功率放大器(简称GaN功放管)具有工作频率高、效率高、带宽宽等优点，但现在GaN功放管的栅级电压都是负压，且栅级电压及漏极电压的开关顺序有严格的要求，供电有问题极易造成功放管的损坏。GBQ6600可自动化GaN功放管上电时序控制11步骤如下：
1.Vgs先上电。确保在Vd上电时，栅极已经为极低负压。
2.启动漏极电压电源，Vd上电至标称值。
3.增加Vgs偏置电压，达到设置所需的静态电流。
4.启动RF信号。
5.开PA顺序是：接通栅极、接通漏极、栅极调整、输入RF
6.关PA顺序是：关闭RF、栅极调整、关闭漏极、关闭栅极
7.Vout 负压输出
8.VNEG1/2必须是-7V
9.VOUT 0/1/2/3 输出设定电压
10.DRVEN1/2 可做TDD switching 也可常高
11.PA_ON 驱动外置N/PMOS管的48V漏极开关电路
应用场景
GBQ6600总共支持4路电压输出，VOUT0、VOUT1、VOUT2、VOUT3，既可以输出正电压输出也可以支持负电压输出。最多可支持四路功放同时工作，可提供LDMOS/GaAs/GaN/HBT等器件的偏置解决方案。适用于基站，微波通信，专用设备，和各类通信基础设施功放的应用场景。
