Πώς δεν μπορώ να κάψω το RF PA;

Το PA (ενισχυτής ισχύος) είναι ένα σημαντικό στοιχείο του συστήματος επικοινωνίας, το οποίο είναι υπεύθυνο για την ενίσχυση και την τροφοδοσία σημάτων RF. Η απόδοση και η αξιοπιστία της PA έχουν σημαντικό αντίκτυπο σε ολόκληρο το σύστημα μετάδοσης.

Στο σύστημα επικοινωνίας κινητού τηλεφώνου, το σήμα εξόδου του PA είναι περίπου 29 ~ 32dBM (περίπου 1, 000 MW), το οποίο είναι 1 0 00 φορές μεγαλύτερο από την ισχύ εξόδου περίπου 0dBM (1MW) του τσιπ πομποδέκτη. Ταυτόχρονα, προκειμένου να επιτευχθεί η αντίστοιχη ισχύς RF, η PA γενικά πρέπει να καταναλώνει περίπου 1, 900-4, 000 MW κατανάλωσης ισχύος DC.

Εικόνα 1: Τυπικός σύνδεσμος συστήματος επικοινωνίας κινητής τηλεφωνίας

Οι εφαρμογές υψηλής ισχύος, υψηλής ισχύος αποτελούν επίσης προκλήσεις στην αξιοπιστία της PA. Στις εφαρμογές του συστήματος, το "Burning PA" είναι ένα καυτό θέμα στη συζήτηση των μηχανικών.

0040-02544 πάνω σώμα, dps metal

Γιατί καίτε PA

Συσκευές ημιαγωγών σε τσιπς PA κινητού τηλεφώνου

Η συνηθέστερα χρησιμοποιούμενη διαδικασία ημιαγωγού για το PA Design είναι το GaAS HBT, το Gaas Phemt, το SOI CMOS, οι χύμα CMOs (χύδην CMOs πυριτίου). Μεταξύ αυτών, το GAAS HBT έχει γίνει η προτιμώμενη διαδικασία για το στάδιο ισχύος των ενισχυτών ισχύος RF λόγω της υψηλής πυκνότητας ισχύος και του χαμηλού κόστους (σε σύγκριση με το Gaas Phemt).

Οι συσκευές HBT διαθέτουν τρεις οριακές παραμέτρους, δηλαδή:

Μέγιστο επιτρεπτό ρεύμα του συλλέκτη ICMAX Μέγιστη επιτρεπόμενη θερμική διάχυση Συλλέκτης ηλεκτρικής ενέργειας-εκπέμπει αντίστροφη τάση διάσπασης BVCEO σε πρακτική εργασία,

είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί ότι το μέγιστο κύκλωμα εργασίας, η διάσπαση της ισχύος

και η μέγιστη τάση της συσκευής βρίσκονται εντός της ονομαστικής περιοχής.

Η τάσμα\/ρεύμα Swing του PA

Για συσκευές HBT με RF PAS, ο συλλέκτης του τρανζίστορ εξόδου έχει μέγιστη τάση και ρεύμα swing. Προκειμένου να χαρακτηριστεί καλύτερα η σχέση μεταξύ τάσης και ρεύματος, η τάση και το ρεύμα συνήθως απεικονίζονται στο ίδιο διάγραμμα με τη μορφή γραμμής φορτίου, όπως φαίνεται στο σχήμα 2.

Η γραμμή φόρτωσης του τρανζίστορ αντικατοπτρίζει τη σχέση μεταξύ της τάσης και του ρεύματος του τρανζίστορ κάτω από διαφορετικά φορτία και γενικά αντλείται στην καμπύλη DC-IV. Στη γραμμή φόρτωσης:

Η κλίση της γραμμής φορτίου αντικατοπτρίζει το μέγεθος της σύνθετης αντίστασης φορτίου.

Στο πραγματικό κύκλωμα, λόγω της ύπαρξης του φανταστικού τμήματος φορτίου, θα διαμορφωθεί η διαφορά τάσης\/ρεύματος, η οποία μπορεί να προκαλέσει την εμφάνιση της γραμμής φορτίου ως κοίλο δακτύλιο.

3. Η επιλογή του σημείου λειτουργίας DC (τάση και ρεύμα) έχει αντίκτυπο στην ταλάντευση της γραμμής φορτίου.

Εικόνα 2: Μια τυπική δυναμική γραμμή φορτίου για ένα PA

Στη λειτουργία PA, λόγω της ύπαρξης τάσης τροφοδοσίας υψηλής ισχύος και υψηλής VSWR, η τάση εξόδου PA και η τρέχουσα ταλάντευση θα αυξηθούν. Το σχήμα 3 δείχνει έναν τυπικό ενισχυτή ισχύος με δυναμικές γραμμές φορτίου στα 50ω και VSWR =10: 1 στις τάσεις μεροληψίας 3.2V και 5V [2]. Μπορεί να φανεί ότι κάτω από υψηλή τάση και VSWR, η PA θα πρέπει να αντέξει μια μεγαλύτερη τάση και ρεύμα swing. Όταν η τάση και οι κούνιες ρεύματος υπερβαίνουν την τιμή ανοχής της συσκευής, η συσκευή θα καεί.

Εικόνα 3: Αλλαγές στις δυναμικές γραμμές φορτίου PA σε διαφορετικές τάσεις και VSWRs

Πώς να προστατεύσετε το PA από την καύση

Εγγυήσεις σχεδιασμού

Το PAS πρέπει να σχεδιαστεί σωστά για να καλύψει τις ανάγκες της ανθεκτικότητας.

Τρέχουσα εγγύηση σχεδιασμού

Είναι απαραίτητο να σχεδιάσουμε λογικά το μέγεθος της συσκευής για να διασφαλιστεί ότι το μέγιστο ρεύμα μέσω της συσκευής υπό διάφορες συνθήκες είναι μικρότερο από το μέγιστο ρεύμα αντοχής στη συσκευή. Στο σχεδιασμό του διαμορφωμένου ρεύματος, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι οι πολλαπλές συσκευές τρανζίστορ συνδέονται παράλληλα στο τελικό στάδιο της ΠΑ και είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί ότι το ρεύμα είναι ομοιόμορφα κατανεμημένο σε ολόκληρη τη συσκευή και όχι όλο το ρεύμα είναι συγκεντρωμένο σε μία συσκευή και η συσκευή καίγεται. Δεδομένου ότι η τάση μετατόπισης της συσκευής HBT μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, το υπερβολικό ρεύμα θα μειώσει την τάση στροφής και θα αυξήσει περαιτέρω το ρεύμα μέχρι να καεί η συσκευή.

Αυτό το αποτέλεσμα ονομάζεται θερμική εκτέλεση και είναι μια κοινή μορφή ρεύματος καύσης. Προκειμένου να αποφευχθεί η εμφάνιση θερμικής διαδρομής, προστίθεται αντίσταση έρματος στη βάση ή πομπό του τρανζίστορ. Η παρουσία της αντίστασης του έρματος προκαλεί τη μείωση της τάσης VBE όταν το ρεύμα αυξάνεται, εμποδίζοντας το ρεύμα να αυξάνεται περαιτέρω.

Εικόνα 4: Ανωμική θερμική κατανομή του PA (αριστερά) και σχεδιασμός αντιστάσεων έρματος

0040-01973 rev.004 Κατώτατης ακτινοβολίας του θαλάμου 200mm RTPW

Εγγύηση σχεδιασμού τάσης
Για την προστασία της τάσης, η τάση ρυθμίζεται γενικά με την τοποθέτηση σε χορδές διόδων παράλληλα στον τελικό συλλέκτη τρανζίστορ έτσι ώστε η ταλάντευση εξόδου να είναι σταθερή στην τάση έναρξης της χορδής διόδου. Στο σχεδιασμό των κυκλωμάτων προστασίας τάσης, είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί η συμμετρία της τοποθέτησης των κυκλωμάτων προστασίας για να διασφαλιστεί ότι προστατεύεται η ταλάντευση τάσης όλων των συσκευών. Δοκιμή ανθεκτικότητας Δεδομένου ότι η αξιοπιστία της PA είναι δύσκολο να σχεδιαστεί με ακρίβεια με προσομοίωση, μετά την ολοκλήρωση του σχεδιασμού PA, πρέπει να περάσει μια πλήρη δοκιμή ανθεκτικότητας για να εξασφαλίσει την αξιοπιστία του PA. Το πλήρες περιβάλλον δοκιμής ανθεκτικότητας παρουσιάζεται στο παρακάτω σχήμα. Η δοκιμή ανθεκτικότητας πρέπει να καλύψει τις ακόλουθες συνθήκες δοκιμής:

Εικόνα 5: περιβάλλον δοκιμής ανθεκτικότητας

Τα παραπάνω στοιχεία δοκιμής πρέπει να είναι διασταυρωμένα για να διασφαλιστεί ότι δεν θα υπάρξει πρόβλημα ανθεκτικότητας στην ΠΑ υπό οποιεσδήποτε συνθήκες. Δεδομένου ότι η μέγιστη τάση διάσπασης των συσκευών ημιαγωγών μειώνεται με τη μείωση της θερμοκρασίας και το κέρδος ΡΑ αυξάνεται με τη μείωση της θερμοκρασίας, το χειρότερο σημείο της ανθεκτικότητας συμβαίνει γενικά σε χαμηλές θερμοκρασίες. Επομένως, σε χαμηλές θερμοκρασίες, η μέγιστη ισχύς εισόδου, η υψηλότερη τάση και το μέγιστο VSWR είναι οι χειρότερες συνθήκες για την ανθεκτικότητα.

Διαβεβαίωση εφαρμογών

Παρόλο που τα κατάλληλα PAS δοκιμάζονται πλήρως ανθεκτικά πριν εγκαταλείψουν το εργοστάσιο, είναι ακόμα απαραίτητο να δοθεί προσοχή στο περιβάλλον εφαρμογής για να διασφαλιστεί ότι η ανθεκτικότητα είναι εγγυημένη στην εφαρμογή. Οι κύριες εγγυήσεις που απαιτούνται στην εφαρμογή έχουν ως εξής:

Ελέγξτε κατάλληλα την τάση τροφοδοσίας
Όπως φαίνεται στο σχήμα 3, το PA έχει μικρότερη τάση και ρεύμα Swing σε εφαρμογές χαμηλής τάσης και η ανθεκτικότητα του PA θα είναι καλύτερα εγγυημένη. Επομένως, στην εφαρμογή, ο σωστός έλεγχος της τάσης και η χρήση της τάσης τροφοδοσίας όσο το δυνατόν χαμηλότερα μπορεί να βοηθήσει στη βελτίωση της ανθεκτικότητας της συσκευής.

Ελέγξτε σωστά την ισχύ εξόδου
Όταν η έξοδος ισχύος είναι υψηλή, η έξοδος PA θα έχει μεγαλύτερη τάση και ρεύμα. Η προσαρμογή στον έλεγχο της ισχύος εξόδου εντός του επιτρεπόμενου εύρους της εφαρμογής θα βοηθήσει στη βελτίωση της ανθεκτικότητας.

Δώστε προσοχή στην ακεραιότητα της ενέργειας και το χρονισμό σημάτων
Το κινητό τηλέφωνο είναι ένα αρκετά περίπλοκο σύστημα που περιλαμβάνει τη σύνδεση μεταξύ πολλαπλών μονάδων. Στην εφαρμογή, είναι σημαντικό να δοθεί προσοχή στην ακεραιότητα της τροφοδοσίας (είτε υπάρχουν υπερβολικοί παλμοί τάσης), ο χρόνος του σήματος ελέγχου μεροληψίας, το μέγεθος και ο χρονισμός του σήματος εισόδου και ο χρόνος για να διασφαλιστεί ότι η PA λειτουργεί σε κανονική κατάσταση.