Kuinka en voi polttaa RF PA: ta?

PA (tehovahvistin) on tärkeä osa viestintäjärjestelmää, joka vastaa RF -signaalien vahvistamisesta ja virran lisäämisestä. PA: n suorituskyky ja luotettavuus on merkittävä vaikutus koko lähetysjärjestelmään.

Matkapuhelimen viestintäjärjestelmässä PA: n lähtösignaali on noin 29 ~ 32dBm (noin 1, 000 mw), joka on 1 0 00 kertaa suurempi kuin lähetinvastaanottimen sirun noin 0dBm (1MW) tehon. Samanaikaisesti vastaavan RF -tehon saapumisen saavuttamiseksi PA: n on yleensä kuluttava noin 1, 900-4, 000 mw tasavirtakulutusta.

Kuva 1: Tyypillinen matkapuhelinviestintäjärjestelmän linkki

Suuritehoiset, suuritehoiset sovellukset aiheuttavat myös haasteita PA: n luotettavuudelle. Järjestelmäsovelluksissa "Burning PA" on kuuma aihe insinöörien keskustelussa.

0040-02544 ylävartalo, DPS -metalli

Miksi poltat PA: ta

Puolijohdelaitteet matkapuhelimen PA -siruissa

PA -suunnittelun yleisimmin käytetty puolijohdeprosessi on GAAS HBT, GAAS Phemt, Soi CMO: t, irtotavarana CMO (irtotavarana pii CMO). Niistä GAAS HBT: stä on tullut edullinen prosessi RF -tehonvahvistimien tehonsiirtovaiheelle sen suuren tehon tiheyden ja alhaisten kustannusten vuoksi (verrattuna GAAS Phemtiin).

HBT -laitteilla on kolme rajaparametria, nimittäin:

Kollektorin enimmäisvirta ICMAX Suurin sallittu lämmön häviämistehokollektori-emitterin käänteinen jakautumisjännite BVCEO käytännön työssä,

On tarpeen varmistaa, että suurin työpiiri, haihtunut voima

ja laitteen enimmäisjännite ovat nimellisalueella.

PA: n jännite/virran kääntö

HBT -laitteissa, joissa on RF PAS, lähtötransistorin keräilijällä on maksimijännite ja virta. Jännitteen ja virran välisen suhteen karakterisoimiseksi paremmin jännite ja virra on yleensä piirretty samaan kaavioon kuormituslinjan muodossa, kuten kuvassa 2 esitetään.

Transistorin kuormitusviiva heijastaa transistorin jännitteen ja virran välistä suhdetta eri kuormien alla, ja sitä yleensä piirretään DC-IV-käyrään. Kuormituslinjalla:

Kuormituslinjan kaltevuus heijastaa kuormituksen impedanssin suuruutta.

Todellisessa piirissä kuvitteellisen osan olemassaolon vuoksi muodostuu jännite/virran vaihe -ero, mikä voi aiheuttaa kuormituslinjan näkyvän onttona renkaana.

3. DC -käyttöpisteen (jännite ja virta) valinnalla on vaikutusta kuormituslinjan kääntymiseen.

Kuva 2: Tyypillinen dynaaminen kuormitusviiva PA: lle

PA -toiminnassa korkean virransyöttöjännitteen ja korkean VSWR: n olemassaolon vuoksi PA -lähtöjännite ja virran kääntö kasvaa. Kuvio 3 esittää tyypillisen tehovahvistimen dynaamisilla kuormitusviivoilla 50Ω ja VSWR =10: 1 3,2 V: n ja 5V: n bias -jännitteet [2]. Voidaan nähdä, että korkeajännitteen ja VSWR: n alla PA: n on kestettävä suurempi jännite ja virta. Kun jännite ja virran heilahtelut ylittävät laitteen toleranssiarvon, laite palaa.

Kuva 3: PA -dynaamisten kuormitusviivojen muutokset eri jännitteillä ja VSWR: llä

Kuinka suojata PA: ta polttavalta

Suunnittelutakuut

PA: t on suunniteltava asianmukaisesti vastaamaan kestävyyttä.

Nykyinen suunnittelutakuu

Laitteen koko on välttämätöntä suunnitella kohtuullisesti sen varmistamiseksi, että laitteen maksimaalinen virta eri olosuhteissa on pienempi kuin laitteen enimmäismäärä. Suorituksen suunnittelussa on tärkeää huomata, että useita transistorilaitteita on kytketty samanaikaisesti PA: n lopussa, ja on tarpeen varmistaa, että virta on jakautunut tasaisesti koko laitteeseen, eikä kaikki virka keskittyy yhteen laitteeseen ja laite poltetaan. Koska HBT-laitteen kääntöjännite laskee lämpötilan noustessa, liiallinen virta vähentää kääntöjännitettä ja lisää virtaa edelleen, kunnes laite palaa.

Tätä vaikutusta kutsutaan lämpökatkoksi ja se on yleinen virran palamisen muoto. Lämpötilan esiintymisen estämiseksi transistorin pohja- tai emitterin puolelle lisätään liitäntälastikasinta. Liitäntälaitteen vastuksen läsnäolo aiheuttaa VBE -jännitteen vähentymisen virran kasvaessa, estäen virran lisääntymisen edelleen.

Kuva 4: PA: n (vasen) epätasainen lämpöjakauma (vasen) ja liitäntälasien suunnittelu

0040-01973 Rev.004 Kammion pohjaräteinen 200 mm RTPW

Jännitesuunnittelutakuu
Jännitesuojausta varten jännitettä säätelee yleensä asettamalla diodijonot rinnakkain lopulliseen transistorin kollektoriin siten, että lähtökytkin on stabiili dioodijonon avausjännitteessä. Jännitesuojapiirien suunnittelussa on tarpeen varmistaa suojapiirien sijoittamisen symmetria varmistaaksesi, että kaikkien laitteiden jännitekuvaus on suojattu. Kokeustesti, koska PA: n luotettavuutta on vaikea suunnitella tarkasti simuloimalla, PA -mallin valmistumisen jälkeen sen on läpäistävä täydellinen kestävyystesti PA: n luotettavuuden varmistamiseksi. Täydellinen kestävyystestiympäristö on esitetty alla olevassa kuvassa. Kokeuskokeen on katettava seuraavat testiolosuhteet:

Kuva 5: Ruggedess Test -ympäristö

Yllä olevat testituotteet on risteyksessä sen varmistamiseksi, että PA: ssa ei ole kestävyysongelmaa missään olosuhteissa. Koska puolijohdelaitteiden maksimaalinen jakautuminen vähenee lämpötilan alenemisen myötä ja PA -vahvistuksen lämpötilan alenemisen myötä, pahin kestävyyspiste tapahtuu yleensä alhaisissa lämpötiloissa. Siksi alhaisissa lämpötiloissa maksimiteho, korkein jännite ja maksimaalinen VSWR ovat pahimmat karujen olosuhteet.

Sovellusvakuutus

Vaikka pätevät PA: t ovat täysin testattuja kestävyyttä ennen tehtaalta poistumista, on silti tarpeen kiinnittää huomiota sovellusympäristöön varmistaaksesi, että karu on taattu hakemuksessa. Hakemuksessa tarvittavat tärkeimmät suojatoimenpiteet ovat seuraavat:

Hallitse virtalähteen jännitettä asianmukaisesti
Kuten kuviossa 3 esitetään, PA: lla on pienempi jännite ja virran heilulla matalajännittisovelluksissa, ja PA: n kestävyys taataan paremmin. Siksi levityksessä jännitteen asianmukainen hallinta ja syöttöjännitteen käyttäminen mahdollisimman alhaisella tavalla voi auttaa parantamaan laitteen kestävyyttä.

Ohjaa lähtötehoa oikein
Kun tehonlähtö on korkea, PA -lähtö on suurempi jännite ja virta. Sovelluksen sallittujen alueilla sopeutumisen mukauttaminen auttaa parantamaan kestävyyttä.

Kiinnitä huomiota virran eheyteen ja signaalin ajoitukseen
Matkapuhelin on melko monimutkainen järjestelmä, joka sisältää sidoksen useiden moduulien välillä. Sovelluksessa on tärkeää kiinnittää huomiota virtalähteen eheyteen (onko olemassa liiallisia jännitepulsseja), esijännityksen ohjaussignaalin ajoitus, tulosignaalin koko ja ajoitus sekä ajoitus varmistaakseen, että PA toimii normaalissa tilassa.