GaN HEMT模型101：非线性模型如何帮助GaN PA设计？

这是解释基于模型PA设计基础系列的第一个博客。

氮化镓(GaN)功率放大器(PA)的设计是目前的一个热门话题。原因有很多,GaN HEMT设备已成为大多数新微波PA需求的领先解决方案。

传统上，PA设计已经完成了近似起点和大量的“Guru”知识。使用测量的负载拉动数据可以增强PA设计成功，但可能无法以所需的应用频率提供。相反，您可以使用精确的非线性模型来生成更快的设计数据，目标更精确的PA行为并实现更好的结果。

在这篇博文中，我们将涵盖你需要知道的非线性GaN模型的基础知识。如果你已经知道了，直接跳到第2部分，这解释了I-V曲线的基础。

什么是非线性GaN模型？

对于许多工程师来说，设计PA的第一步是查看晶体管产品的数据表并查看s参数。一个s参数文件是有用的，但它没有提供足够的信息，关于大信号操作的设备。此外，PA设计工程师可以使用测量的负载-拉力数据来寻找最佳负载阻抗目标，在指定的频率下获得最佳功率和效率。

然而，使用载荷-拉力数据模拟模型允许设计师做更多的事情。具体来说，通过适当提取非线性模型，设计师可以:

• 找到最佳负载和源阻抗目标，以优化任何线性或非线性性能目标。这可以在模型的有效频率范围内的任何频率下快速完成。
• 模拟操作的最大极限。
• 平衡PA设计师的挑战线性，电力，带宽和效率目标。
• 加快设计过程，并在第一次帮助设计。
• 降低产品开发成本。
  

介绍性的非线性GaN型号具有设计特征，包括可变偏置，温度缩放，自加热效果，适用时的内在电流 - 电压（I-V）传感和键合线设置。

模型里有什么?

预测PA晶体管非线性行为的模型基于以下几个关键方面:

• 电压依赖型电流源的表示(I_DS.）
• 电压依赖电容（主要是栅极到源极C_Gd.和drain-to-source C_GS.）
• 电压相关的二极管模型，这与击穿电压的预测有关
• 寄生电感，电容和阻力来表示设备的整体频率依赖行为

Modelsitics Qorvo GaN库中使用的基线是基于的自定义模型Chalmers-Angelov模型。下图显示了基本的模型拓扑，如小信号模型，包含将S参数数据超出频率所需的所有元件。该建模框架也可用于适合低噪声和大功率应用的噪声参数。

学到更多：高频GaN设备的先进非线性和噪声建模

前图还显示了在Modelithics Qorvo GaN模型中看到的几个典型符号：

• 温度：设备运行的环境温度。
• BWremoval:一种键合线脱嵌入开关。
• self_heat_factor:该输入使得模型能够估计自加热的可变性，例如脉冲信号与连续波（CW）信号输入。该输入设置为脉冲信号的占空比。
• VDSQ：有些型号有一个v_DSQ.输入允许您缩放预期的工作电压（例如，在12 V至28 V的范围内），这可以被认为是可扩展的模型甜点。

您还可以通过双击模拟器内的模型，然后单击“帮助（广告）或供应商”按钮（AWR）按钮（AWR）按钮，找到模型信息数据表中的单个模型模型的功能。

GaN设计中热量的重要性

但获得更高的能力是有后果的:

• 更高的功率意味着更高的直流电源。
• 任何未转换为RF输出功率的应用的直流电源将被散发为热量（除非晶体管的效率为100％）。

结果，GaN晶体管热热，热管理成为重要的设计考虑因素。幸运的是，在碳化硅上的甘甘葡萄（甘棒）更好地能够处理热量，其高导热率为5 W-cm^-1K.^-1(与1w -cm相比^-1K.^-1对于硅）。

但在PA电路级别，这意味着设计师必须考虑热量以及他们的所有其他设计挑战 - 而GaN型号可以提供帮助。从建模的角度来看，所有模型Qorvo GaN车型都具有内置的环境温度和自我加热效果。某些型号还具有通道温度传感节点，以允许设计人员在RF设计阶段监测估计的信道温度。

下一个:I-V曲线中有什么?

既然你已经了解了一些关于Modelishics的非线性GaN模型的基础知识，读取第2部分以获得更深的潜水如何阅读和理解I - V曲线他们如何帮助您的GaN PA设计过程。