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智东西|国产芯片新突破点！报告揭秘爆发中的第三代半导体材料( 七 )


智东西|国产芯片新突破点！报告揭秘爆发中的第三代半导体材料
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▲小基站设备形态及应用场景
目前采用“宏基站为主 ， 小基站为辅”的组网方式 ， 是网络广深覆盖的重要途径 。 宏蜂窝基站一般有3个扇区 ， 微蜂窝基站一般只有1个扇区 。 宏基站和小基站的区别在于 ， 小微基站设备统一都装在电源柜里 ， 一个柜子加天线即可实现部署 ， 体积较小 。 宏基站需要单独的机房和铁塔 ， 设备 ， 电源柜 ， 传输柜 ， 空调等分开部署 ， 体积较大 。 一方面 ， 5G主要采用3.5G及以上的频段 ， 在室外场景下覆盖范围更小 ， 受建筑物等阻挡 ， 信号衰减更加明显 ， 宏基站布设成本较高 。 另一方面 ， 由于宏基占用面积较大 ， 布设难度较高 ， 站址选择难度增大 ， 而小基站体积小 ， 布设简单 ， 可以充分利用社会公共资源快速部署 。 5G室外场景下 ， 小基站和宏基站配合组网 ， 实现成本和网络性能最优将是重要的发展思路 。
5G正式开启小基站市场 ， 高功率高频段需求进一步提升GaN渗透率 。 目前针对4G和LTE基站市场宏基站主要采用SiLDMOS功率放大器 ， 小基站主要采用GaAs功率放大器 ， 但GaN功率放大器的渗透率将不断提高 。 然而 ， LDMOS功率放大器的带宽会随着频率的增加而大幅减少 ， 仅在不超过约3.5GHz的频率范围内有效 ， 相比之下 ， GaN射频器件更能有效满足高功率、高通信频段和高效率等要求 。 随着5G的推进 ， 在小基站以及微基站市场 ， GaAs功率放大器凭借性能优势和较低的成本也有望占据部分市场 。 根据Yole预测 ， GaAs射频器件市场总额预计到2022年将达到8.576亿美元 ， 其中 。 同时GaN射频器件的市场规模将从2017年3.8亿美元到2023年增长至13亿美元 ， GAGR超过20% ， 最主要的增量也是来自于基站的应用 。
五、消费电子视角：高效能、小体积加速GaN消费电子中的应用
GaN三个特点大幅提升效率：开关频率高、禁断宽度大、更低的导通电阻 。 开关频率是指充电头内部晶闸管 ， 可控硅等电子元件 ， 每秒可以完全导通、断开的次数 。 变压器恰好是充电器中体积最大的元器件之一 ， 占据了内部相当大的空间 。 开关的频率高可使用体积更小的变压器 。 使用氮化镓作为变压元件 ， 变压器和电容的体积减少 ， 有助于减少充电头的体积和重量 。 禁带宽度直接决定电子器件的耐压和最高工作温度 ， 禁带宽度越大 ， 器件能够承载的电压和温度越高 ， 击穿电压也会越高 ， 功率越高 。 更低的导通电阻 ， 直接表现为导电时的发热量 。 导通电阻越低 ， 发热量越低 。
2018年ANKER将GaN带出实验室 。 2018年10月25日ANKER在美国纽约发布了一款划时代的新品—“ANKERPowerPortAtomPD1”GaN充电器 ， 由于其搭载了高频高效的GaN（氮化镓）功率器件而备受业界关注 。 该款产品也是首次将第三代半导体技术应用在充电设备上 ， 从而将相关技术从实验室带向应用市场 。
主流厂商依次跟进 ， 高功率 ， 小体积成最明显优势 。 小米于2020年2月发布了GaN充电器Type-C65W ， 能够为小米10Pro最高提供50W的充电功率 ， 小米10Pro搭配其使用从充电至100%仅需45分钟 。 同时 ， 它支持小米疾速闪充、PD3.0等快充协议 ， 并且还支持全系iPhone快充 ， 官方表示 ， 使用小米GaN充电器Type-C65W为iPhone11充电 ， 充电速度比原装5W充电器提升约50% 。 得益于新型半导体材料GaN的加持 ， Type-C65W的体积比小米笔记本标配的适配器减小约48% 。 此外 ， 小米Type-C65W的USB-C接口支持多个档位的智能调节输出电流 ， 能为新款MacBookPro、小米笔记本等大功率设备进行最大65W充电 ， 还能兼容大多数Type-C接口的电子设备 ， 包括Switch等 。 产品搭载E-Marker芯片 ， 最大支持5A电流 。 目前 ， 业界已推出多种快充技术方案 ， 主要包括高通QuickCharge技术、OPPOVOOC闪充技术、联发科PumpExpress技术、华为SuperCharge技术、vivoSUPERFlashCharge技术和USB3.1PD充电技术等 。


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