Couverture ElectroniqueS n°127

La dernière génération de transistors Ldmos* de Freescale repousse encore les limites en puissance et en linéarité de ces composants radiofréquences, pour pouvoir être compatible avec les exigences les plus strictes comme l'émission GSM multiporteuse. Dans les amplificateurs des stations de base comme dans beaucoup d'applications, la recherche de la compacité constitue une tendance lourde, et doit s'opérer si possible à coût constant (voire en baisse) et en augmentant les fonctionnalités. Ainsi les dernières générations d'étages d'amplification sont sommées de savoir gérer les hauts niveaux de linéarité imposés par les protocoles de transmission large bande tels que la 3G, le W-CDMA, le LTE et le Wimax, mais aussi, tout dernièrement, les émissions GSM multiporteuses faisant émettre plusieurs canaux à la fois via un seul amplificateur. Par ailleurs, la consommation électrique est partout revue à la baisse, imposant une course au rendement. C'est dans ce cadre que le fabricant américain de semiconducteurs Freescale vient de présenter la huitième génération de sa technologie Ldmos, HV8, qui a été optimisée pour augmenter le rendement tout en répondant favorablement aux exigences de linéarité de ces systèmes de transmission de données. Cette technologie de transistors silicium, inaugurée dans les années 1990, n'en finit pas de tenir le haut du pavé face à ses concurrents plus exotiques comme l'arséniure de gallium ou le plus récent nitrure de gallium. Freescale, qui revendique une très large part de marché pour les stations de base GSM, explique ce succès non seulement par des performances en rapport avec les besoins du marché, mais aussi par le coût des tranches de silicium, bien inférieur à celui des autres substrats – les quantités et les tailles des tranches de silicium traitées de par le monde étant sans commune mesure. Cette dernière version de transistors de Freescale a par ailleurs été conçue pour pouvoir être encapsulée dans des boîtiers plastiques moulés jusqu'à 200 W de puissance, sans compromettre les performances par rapport aux classiques boîtiers à cavité verre métal ou céramique qui ont longtemps été l'apanage des composants radiofréquences de puissance. Avec les volumes attendus pour ces transistors, cela permettrait de réduire encore leurs prix.Un gain de trois à cinq points de rendementDans une configuration de type Doherty symétrique à deux transistors, dont l'un passe la puissance moyenne et l'autre les pics de puissance avec un fonctionnement proche de la saturation, le rendement atteint alors près de 43 %. Avec deux transistors 260 W, la puissance crête atteint 630 W, ce qui permet de fournir une puissance moyenne de 60 W en GSM multiporteuse et 80 W en W-CDMA. Une configuration Doherty à trois transistors asymétriques (un pour la puissance moyenne, un deuxième pour un premier niveau de puissance crête, un troisième pour le second niveau de puissance crête) permettrait, selon la société, de gagner sans doute encore cinq points de rendement, ce qui, sur la puissance totale de l'amplificateur, est un gain significatif pour la consommation et le refroidissement, voire la fiabilité de la station de base. Par comparaison, la technologie précédente de la société, HV7, atteignait en configuration Doherty symétrique 40 % de rendement (42 % en asymétrique), d'où une marge confortable en passant en HV8. Du point de vue du gain de l'amplificateur, les performances affichées sont de plus de 16 dB en mesurant le gain global de l'amplificateur y compris les séparateurs et mélangeurs. Si, sur ce point, les performances sont similaires à la technologie précédente, selon la société cela suffit à distinguer HV8 des technologies Gan dont le gain, limité à 11 dB, reporte la contribution nécessaire sur l'étage de commande. La société n'a cependant pas souhaité détailler les ajustements effectués sur ses transistors pour obtenir ces performances, se limitant à préciser qu'il ne s'agit pas uniquement de réductions d'échelle au niveau de la grille et que la technologie de fabrication des boîtiers moulés, développée dans son usine américaine, est optimisée également pour la fabrication de volume. Freescale compte décliner ces transistors dans des versions pour la bande de transmission de 700 MHz qui était l'apanage de la diffusion TV et se trouve progressivement rétrocédée pour des applications télécoms dans un certain nombre de pays. Des versions à 2 GHz sont également prévues à trois mois de distance. La montée en fréquence est possible, avec des démonstrateurs qui ont atteint 6 GHz. Mais pour l'instant, le plus haut transistor Ldmos en fréquence de la société plafonne à 3,8 GHz avec la technologie HV7. La société n'exclut pas d'avoir recours au GaN pour servir ces gammes de fréquences, notamment pour des applications particulières comme le militaire ou les radars, mais assure que le coût n'est tout simplement pas aujourd'hui compétitif dans un amplificateur. Or les grands donneurs d'ordre – comme les Chinois qui ont des grands réseaux à construire – mettent l'accent sur ce point.* cf lexique page 42

Le transistor Ldmos de puissance devient compatible avec l’émission GSM multiporteuse

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