5G 时代，这家国产企业的隔离 IC 脱颖而出！
5G 的快速发展使得基站需求量猛增，4G 基站到 5G 基站基础架构的变化对隔离器件提出了新的要求，同时也为其提供了更广阔的的市场空间。苏州纳芯微电子有限公司（以下简称“纳芯微电子”）的 5G 电源隔离解决方案崭露锋芒，并凭借多年技术积累在国产隔离 IC 领域一马当先。
势头迅猛！
5G 基站数量爆发式增长
随着 5G 时代的到来，庞大的应用市场促使运营商加大资本投入，5G 网络加速建设。据中国信通院统计，2020 年 8 月，国内市场 5G 手机出货量达 1617 万部，占同期手机出货量的 60.1%。以 5G 手机为代表的终端市场不断繁荣，带动 5G 基站的需求量猛增。
在不久前国新办召开的新闻发布会上，工信部信息通信发展司司长、新闻发言人闻库曾介绍，2020 年上半年我国新建 5G 基站 25.7 万个，近期每周平均新开通基站超 1.5 万个。据工信部最新统计，截至2020年 8 月底，全国已建成 5G 基站超 48 万个，5G 网上终端连接数超 1 亿个。
5G 基站的数量如此爆发式增长，将对相关器件的设计生产提出哪些新要求呢？这要先从基站的基本架构说起。图 1 中左侧为传统的 AC 转 DC（交流电变直流电）部分，从电源的角度来讲，电网的 220V 电转 DC 的 48V 电就是通过机柜进行的。它一般放在机房或机柜中，通过拉远线挂到铁塔或者屋顶上。
图 1：基站基本架构
从 4G 时代到 5G 时代，基站架构发生了明显变化。传统的 4G 网络设备一般分为两个部分——一部分是 RRU，另一部分是天馈，即天线单元。而由于 5G 整个频段变高，天线需要更多的通道，4G 时代用 4 个或 8 个通道发射、接收，到 5G 时代则需要 32 个或 64 个通道。若继续沿用 4G 架构，中间馈线部分会有非常大的损耗。因此，在 5G 时代，必须把天线和 RRU 合成到一起，也就是图示 1 中 AAU 的设备。
图 2：纳芯微电子现场应用部经理张雪霁
据纳芯微电子现场应用部经理张雪霁女士介绍，这样的架构升级，将主要带来两个方面的变化。一方面，由于通道数变多导致整体功耗变大。另一方面，原来RRU 没有天线，双面均可散热，但在 5G 设备中天线集成之后，散热的只有一面。因此，5G 基站架构对芯片或电源设备也提出了三个新的要求。
· 小型化
5G 基站中的电源功率密度必须提升，所有器件都需要做得更小。
· 耐高温
由于 5G 设备的散热变差，器件的耐温能力需要提高。
· 智能化
由于整个机房空间有限，5G 扩容之后热耗增加，对于温控的管理、监控的管理以及备电的管理等所有设备都要做到更智能化。
转型升级！
5G 电源隔离解决方案亮相
为满足 5G 基站的性能需求，电源功率密度和效率提升迫在眉睫。通常来讲，5G 电源包括站点电源（AC-DC）和基站电源（AAU 或 BBU 内部的二次电源部分 DC-DC） 两个部分。纳芯微电子现场应用部经理张雪霁结合纳芯微电子开发的隔离产品， 介绍了满足 5G 需求的电源隔离解决方案。
在电源部分，室内或室外柜中的嵌入式电源都是 PSU 形式，一般一个 PSU 的功率为 3KW 或 4KW，根据负载需求按 N+1 冗余配置。
图 3：PSU 的典型架构
为保障 AC-DC 电源正常工作，隔离器的使用极为重要且必要，主要体现在三个方面。第一，两颗主控芯片之间可通过标准数字隔离器 NSi81xx 实现信息交互；第二，LLC 的驱动通过隔离驱动 NSi6602DW 或者数字隔离器 NSi8120＋驱动器的方式实现；第三，PSU 对外接口一般选择 CAN 通信，可以通过 2 通道数字隔离NSi8121N0+CAN 收发器或隔离 CAN 芯片 NSi1050 实现。
图 4：纳芯微电子 NSi1050
以上三个部分，纳芯微电子均可提供小型化的解决方案，把隔离芯片和原来的驱动芯片集成在一起形成隔离驱动，包括输出部分也有隔离的 CAN 或 485 接口隔离芯片。同时，所有器件均能满足更高的散热性要求。
在监控智能化方面，站点电源解决方案主要体现在对备电的管理上。比如停电时， 由于要首先保证的是用户可以打电话，而非上网，所以系统可能优先下电的是5G，这时就需要一个智能的关断。智能关断要用到很多 I/O 口控制开关，一个NCA955 芯片来控制 I2C 转 I/O，加上若干隔离 485 芯片便可实现。
在备电部分，除了隔离接口芯片外，还存在串数较多的情况。当 5G 电源拉远距离变长以后，需要做一些升压处理，原来-48V 的供电可能会导致很大的线损，这时就需要把电往上升，要求电池的组串数增多。16 串电芯需要两个 AFE 芯片，可使用 NSi8100 这样的隔离芯片来实现。
在DC转DC部分，基站内的功放和中射频（TRX）需要供电。对于4G基站，TRX较少，
功率为100W左右。用一个模拟线性电源，即辅助电源就可供电。但是5G基站的通道数大大增加，其功率主要是增加在TRX上。除原来的辅助电源外，还需要另一个DC-DC电路去实现TRX的供电。这就直接带来器件数量的增加和体积的增加，因此器件的小型化格外重要。
图5：基站二次电源解决方案
张雪霁经理介绍，为满足小型化需求，纳芯微电子在隔离部分特别推出了一些更小封装的隔离器件。比如采用LGA封装的隔离驱动，其大小是5×5的；另一个是更小型化的数字隔离器，相比于普通数字隔离器最小可能为5×5的SOP，纳芯微电子DFN的封装数字隔离器只有2×3。此外，一些I2C通信和I2C热插拔的芯片、温度传感器芯片等可满足智能化应用。
厚积薄发！
纳芯微电子隔离IC 优势尽显
据不完全统计，每一个5G站点，有大约30余颗隔离IC。纳芯微电子市场总监张方文认为，5G基站是使隔离IC需求量猛增的一个代表性应用。具体来说，以5G的通讯电源为例，其平均功率是4G时的约2.5倍，随着功率提升，功率器件数量增多，内部通道数、模块数增加，而每一个模块里都需要用到隔离器件。因此，5G时代，隔离IC的机会相比于4G时代将有爆发式增长。
当然，如果拓展到5G其它产业链，隔离IC的需求量则会更大。比如云服务将带来服务器的增长，服务器里也需要隔离器件等。
图6：纳芯微电子双通道标准数字隔离芯片
作为致力于技术创新，持续投入研发的国产IC企业，纳芯微电子在隔离IC领域正不断缩小与国际厂商之间的差距，以独特优势领跑国内市场。纳芯微电子市场总监张方文认为，其优势主要体现在以下几个方面：
首先，纳芯微电子是国内最早开始从事隔离芯片开发的IC企业。在2015年就开始 隔离工艺的研究，到目前为止已经量产两代产品。通过不断的技术迭代，目前纳芯微隔离工艺已经追平国际一流厂商，在国产供应商中遥遥领先。以业内标杆安规认证为例，纳芯微是国内厂商中唯一通过VDE0884-11加强绝缘认证的厂商；
其次，通过多年积累，纳芯微隔离产品的品类最齐全。在5G领域，最基本的产品 就是数字隔离器，这是几乎每家企业做隔离器件首选的。而纳芯微已推出基于加强绝缘隔离技术平台的隔离驱动产品、隔离ADC、隔离放大器、隔离接口等等各类产品，基本上客户可以在纳芯微找到所有市场上主流产品系列；
张方文总监向芯师爷介绍，目前来看，当国内部分厂商在数字隔离器的红海里面在挣扎时，以上这些种类的产品，纳芯微电子基本均已经实现量产，而且已经向行业头部客户大批量发货。
再次，纳芯微电子抓住了国产替代的机遇，在各行业头部客户全面开花。随着中美贸易摩擦不断升级，在这场科技竞争中冲在最前面的是通信行业，通信行业也是最早开始国产替代的。对隔离芯片来讲，最新的需求就来源于5G领域。张方文总监说，纳芯微电子的新产品中，有不少是围绕5G领域来开发的，尤其是5G基站的应用。在市场上，纳芯微电子隔离产品的品类料号已经有数百个，发货量在国内遥遥领先。
图7：纳芯微电子系列产品展示
目前，纳芯微电子已经自主研发了标准数字隔离器、国内首款集成隔离DC/DC电源的数字隔离芯片、国内首款高压隔离半桥驱动芯片等产品，为5G基站、电动车充电桩、服务器等“新基建”市场，工业、通讯、汽车等各行业客户提供可靠的隔离技术、保障数据稳定传输的解决方案。
谈及在隔离IC领域的规划与发展，纳芯微电子市场总监张方文介绍，一方面，纳芯微电子将紧跟国内新能源汽车的发展趋势，做汽车级全系列隔离的芯片。
另一方面，纳芯微电子将根据国内客户的情况做定制化的产品。前一个阶段，国产企业主要在帮国内系统厂商解决有供应链安全、国产替代的问题，更多是在做功能相似的产品。而现在做的定制化产品将更加符合中国市场应用，更加适合5G、新能源、工控产业、民用等领域。做原来外商也没有的产品，深度绑定国内的系统厂商。
时至今日，纳芯微电子的产品推陈出新速度令人赞叹。未来，期待能有更多像纳芯微电子这样的国产IC企业，基于高性能的数字隔离器，紧抓5G与国产替代机遇，不断丰富产品组合，满足隔离领域里新兴的高可靠性、高质量、高性能要求的市场需求。
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