隨著韓國和美國差不多同時率先正式宣布商用，以及中國政府提前發布5G商用牌照，5G在今年全球范圍廣泛落地已經成為定論。5G時代的一項重要支撐技術——大規模多輸入、多輸出(MIMO) 收發器架構，也正在被廣泛用于5G無線通信系統的設計中。

MIMO技術是指在發射端和接收端分別使用多個發射天線和接收天線，使信號通過發射端與接收端的多個天線傳送和接收，從而改善通信質量。每一項技術的實現都要靠一定的硬件來支撐，而支撐大規模MIMO實現的硬件就是在基站側配置更大規模的天線陣列，所以大規模MIMO也經常被稱為大規模天線。MIMO技術早在4G時代就已經被廣泛應用，而區別于4G MIMO的最多8天線通道，在5G中實現16/32/64通道。

作為邁入5G 時代的一步，覆蓋蜂窩頻段的大規模MIMO 系統目前正在城市地區進行部署，以滿足用戶對于高數據吞吐量和一系列新型業務的新興需求。高度集成的單芯片射頻收發器解決方案的面市促成了此項成就。在此類系統的RF 前端部分仍然需要實現類似的集成，意在降低功耗(并改善熱管理)和縮減尺寸(同時降低成本)，從而容納更多的MIMO 通道。

MIMO 架構允許放寬對放大器和開關等構建模塊的RF 功率要求。然而，隨著并行收發器通道數目的增加，外圍電路的復雜性和功耗也相應升高。ADI 采用硅技術的新型高功率開關專為簡化RF 前端設計而研發，免除外圍電路的需要并將功耗降至可忽略不計的水平。ADI 采用硅技術的新型高功率開關為RF 設計人員和系統架構師提供了提高其系統復雜度的靈活性，且不會讓RF 前端成為其設計瓶頸。

在時分雙工(TDD) 系統中，天線接口納入了開關功能，以隔離和保護接收器輸入免受發送信號功率的影響。該開關功能可直接在天線接口上使用(在功率相對較低的系統中，如下圖左所示)，或在接收路徑中使用(針對較高功率應用，如下圖右所示)，以保證正確接至雙工器。在開關輸出上設有一個并聯支路將有助改善隔離性能。

天線開關（左）及雙工器LNA保護

基于PIN 二極管的開關具備低插入損耗特性和高功率處理能力，一直是首選解決方案。然而在大規模MIMO 系統的設計中固有的局限性限制了其應用：它們需要高偏置電壓以施加反向偏置用于提供隔離，以及高電流以施加正向偏置從而實現低插入損耗。此外，還需要負電壓并采用高電流供電，偏置電流消耗非常高。下圖給出了一款用于基于PIN二極管的開關及其外設的典型應用電路。三個分立的PIN 二極管通過其偏置電源電路施加偏置，并通過一個高電壓接口電路進行控制。

PIN 二極管開關的典型電路原理圖

ADI公司采用硅技術推出的ADRF5130、ADRF5132和ADRF5160最新高功率硅新款高功率硅開關更適合大規模MIMO設計。它們依靠單5 V 電源供電運行，偏置電流小于1 mA，并且不需要外部組件或接口電路。下圖中給出了內部電路架構。基于FET 的電路可采用低偏置電流和低電源電壓工作，因而將功耗拉低至可忽略的水平，并可在系統級上幫助熱管理。除了易用性之外，該器件架構還可提供更好的隔離性能，因為在RF 信號路徑上納入了更多的并聯支路。

ADRV9008/ADRV9009 硅開關。

下圖并排對比了單層PCB 設計上基于PIN 二極管的開關和新型硅開關的印刷電路板(PCB) 原圖。與基于PIN 二極管的開關相比，硅開關所占用的PCB 面積不到其1/10。它簡化了電源要求，且不需要高功率電阻器。

基于PIN 二極管的開關設計與硅開關（ADRF5130）的并排比較。

ADI公司最新高功率硅開關能夠處理高達80 W 的RF 峰值功率，這足以滿足大規模MIMO 系統的峰值平均功率比要求并留有足夠的裕量，可以直接用于天線接口或可以用作一種保護器件。這些器件繼承了硅技術的固有優勢，非常適合于天線接口等應用，而且與替代方案相比，可實現更好的ESD 堅固性和降低部件與部件間的差異。

采用單電源供電、無須使用外部元件的ADI高功率硅開關系列

大規模MIMO 系統將繼續發展，并將需要進一步提高集成度。ADI 的新型高功率硅開關技術很適合多芯片模塊(MCM) 設計，將LNA 一起集成，以提供面向TDD 接收器前端的完整、單芯片解決方案。幾乎可以忽略不計的低功耗有利于低功耗系統設計，由于不需要任何外部元件所以非常適合于多通道高度集成的收發器應用。另外，ADI 還將調高新設計的頻率，并將引領針對毫米波5G 系統的相似解決方案。隨著ADI 將其高功率硅開關產品系列擴展到了X 波段頻率和更高的常用頻段，電路設計人員和系統架構師還將在其他應用(例如相控陣系統) 中受益于ADI 新型硅開關。