多输入、多输出 (MIMO) 收发器架构广泛用于高功率 RF 无线通信系统的设计。作为迈入 5G 时代的一步，覆盖蜂窝频段的大规模 MIMO 系统目前正在城市地区进行部署，以满足用户对于高数据吞吐量和一系列新型业务的新兴需求。高度集成的单芯片射频收发器解决方案 (例如，ADI 新推出的 ADRV9008/ADRV9009产品系列) 的面市促成了此项成就。在此类系统的 RF 前端部分仍然需要实现类似的集成，意在降低功耗 (以改善热管理) 和缩减尺寸(以降低成本)，从而容纳更多的 MIMO 通道。

　　MIMO 架构允许放宽对放大器和开关等构建模块的 RF 功率要求。然而，随着并行收发器通道数目的增加，外围电路的复杂性和功耗也相应升高。ADI 采用硅技术的新型高功率开关专为简化 RF 前端设计而研发，免除外围电路的需要并将功耗降至可忽略不计的水平。ADI 采用硅技术的新型高功率开关为 RF 设计人员和系统架构师提供了提高其系统复杂度的灵活性，且不会让 RF 前端成为其设计瓶颈。

　　在时分双工 (TDD) 系统中，天线接口纳入了开关功能，以隔离和保护接收器输入免受发送信号功率的影响。该开关功能可直接在天线接口上使用 (在功率相对较低的系统中，如图 1 所示)，或在接收路径中使用 (针对较高功率应用，如图 2 所示)，以保证正确接至双工器。在开关输出上设有一个并联支路将有助改善隔离性能。

　　图 1.天线开关。

　　图 2.LNA 保护开关。

　　基于 PIN 二极管的开关具备低插入损耗特性和高功率处理能力，一直是  解决方案。然而，在大规模 MIMO 系统的设计中，它们需要高偏置电压以施加反向偏置 (用于提供隔离) 和高电流以施加正向偏置 (用于实现低插入损耗)，这就变成了缺点。图 3 示出了一款用于基于 PIN 二极管的开关及其外设的典型应用电路。三个分立的 PIN 二极管通过其偏置电源电路施加偏置，并通过一个高电压接口电路进行控制。

　　图 3.PIN 二极管开关。

　　ADI 的新款高功率硅开关更适合大规模 MIMO 设计。它们依靠单 5 V 电源供电运行，偏置电流小于 1 mA，并且不需要外部组件或接口电路。图 4 中示出了内部电路架构。基于 FET 的电路可采用低偏置电流和低电源电压工作，因而将功耗拉低至可忽略的水平，并可在系统级上帮助热管理。除了易用性之外，该器件架构还可提供更好的隔离性能，因为在 RF 信号路径上纳入了更多的并联支路。

　　图 4.ADRV9008/ADRV9009 硅开关。

　　图 5 并排对比了单层 PCB 设计上基于 PIN 二极管的开关和新型硅开关的印刷电路板 (PCB) 原图。与基于 PIN 二极管的开关相比，硅开关所占用的 PCB 面积不到其 1/10。它简化了电源要求，且不需要高功率电阻器。

　　ADI 的高功率硅开关能够处理高达 80 W 的 RF 峰值功率，这足以满足大规模 MIMO 系统的峰值平均功率比要求，并留有裕量。表 1 列出了 ADI 专为不同的功率级别和各种封装类型而优化的高功率硅开关系列。这些器件继承了硅技术的固有优势，而且与替代方案相比，可实现更好的 ESD 坚固性和降低部件与部件间的差异.

　　产品型号频率插入损耗隔离平均功率峰值功率封装

　　ADRF51300.7 GHz 至 3.5 GHz0.6   0.6 dB，2.7 GHz45 dB，3.8 GHz20 W44 W4 mm?x?4 mm

　　0.7  0.7 dB，3.8 GHz

　　45 dB，3.8 GHz　20 W，3.8 GHz

　　ADRF51320.7 GHz to 5.0  GHz0.60 dB，2.7 GHz45 dB，5.0 GHz3.2 W10 W，5.0 GHz3 mm?x?3 mm

　　0.65 dB，3.8 GHz

　　0.90 dB，5.0 GHz

　　ADRF51600.7 GHz to 4.0 GHz0.8    0.8 dB，2.7 GHz48 dB，3.8 GHz40 W88 W5 mm?x?5 mm

　　0.9    0.9 dB，3.8 GHz

　　大规模 MIMO 系统将继续发展，并将需要进一步提高集成度。ADI 的新型高功率硅开关技术很适合多芯片模块 (MCM) 设计，将LNA 一起集成，以提供面向 TDD 接收器前端的完整、单芯片解决方案。另外，ADI 还将调高新设计的频率，并将引领针对毫米波 5G 系统的相似解决方案。随着ADI 将其高功率硅开关产品系列扩展到了 X 波段频率和更高的常用频段，电路设计人员和系统架构师还将在其他应用 (例如相控阵系统) 中受益于 ADI 新型硅开关，