RF PA'yı nasıl yakamam?

PA (güç amplifikatörü), RF sinyallerini yükseltmek ve güçlendirmekten sorumlu olan iletişim sisteminin önemli bir bileşenidir. PA'nın performansı ve güvenilirliğinin tüm iletim sistemi üzerinde önemli bir etkisi vardır.

Cep telefonu iletişim sisteminde, PA'nın çıkış sinyali yaklaşık 29 ~ 32dBm'dir (yaklaşık 1, 000 mw), bu da alıcı -vericinin yaklaşık 0dbm (1MW) güç çıkışından daha büyük olan 0 mw). Aynı zamanda, karşılık gelen RF güç çıkışını elde etmek için PA'nın genellikle yaklaşık 1, 900-4, 000 MW DC güç tüketimini tüketmesi gerekir.

Şekil 1: Tipik cep telefonu iletişim sistemi bağlantısı

Yüksek güçlü, yüksek güçlü uygulamalar da PA güvenilirliğinde zorluklar doğurur. Sistem uygulamalarında "Burning PA", mühendislerin tartışmasında sıcak bir konudur.

0040-02544 Üst gövde, DPS Metal

Neden PA'yı yakıyorsun

Cep telefonu PA yongalarında yarı iletken cihazlar

PA tasarımı için en yaygın olarak kullanılan yarı iletken işlemi GaAs HBT, GaAs Phemt, SOI CMOS, dökme CMOS (yığın silikon CMOS). Bunlar arasında, GaAs HBT, yüksek güç yoğunluğu ve düşük maliyeti (GaAs Phemt ile karşılaştırıldığında) nedeniyle RF güç amplifikatörlerinin güç çıkış aşaması için tercih edilen süreç haline gelmiştir.

HBT cihazların üç sınır parametresi vardır: yani:

Koleksiyoncu ICmax Maksimum Maksimum Akım İzin Verilen Termal Dağılış Gücü Toplayıcı-Emitter Ters Arıza Voltajı BVCEO Pratik Çalışmalarda,

Maksimum çalışma devresinin, dağılmış gücün

ve cihazın maksimum voltajı nominal aralık içindedir.

PA'nın voltajı\/akım salınımı

RF PAS'lı HBT cihazları için, çıkış transistörünün koleksiyoncusu maksimum voltaj ve akım salınımına sahiptir. Voltaj ve akım arasındaki ilişkiyi daha iyi karakterize etmek için, voltaj ve akım genellikle Şekil 2'de gösterildiği gibi bir yük çizgisi şeklinde aynı diyagramda çizilir.

Transistörün yük çizgisi, farklı yükler altında transistörün voltajı ve akımı arasındaki ilişkiyi yansıtır ve genellikle DC-IV eğrisine çizilir. Yük hattında:

Yük çizgisinin eğimi, yük empedansının büyüklüğünü yansıtır.

Gerçek devrede, yük hayali kısmının varlığı nedeniyle, yük çizgisinin içi boş bir halka olarak görünmesine neden olabilecek voltaj\/akım faz farkı oluşacaktır.

3. DC çalışma noktası (voltaj ve akım) seçimi, yük hattının salınımı üzerinde bir etkiye sahiptir.

Şekil 2: Bir PA için tipik bir dinamik yük hattı

PA çalışmasında, yüksek güç kaynağı voltajı ve yüksek VSWR'nin varlığı nedeniyle, PA çıkış voltajı ve akım salınımı artacaktır. Şekil 3, 50Ω ve VSWR =10: 1'de 3.2V ve 5V sapma voltajlarında dinamik yük çizgileri olan tipik bir güç amplifikatörünü göstermektedir [2]. Yüksek voltaj ve VSWR altında PA'nın daha büyük bir voltaja ve akım salınımına dayanması gerekeceği görülebilir. Voltaj ve akım dalgalanmaları cihazın tolerans değerini aştığında, cihaz yanar.

Şekil 3: Farklı voltajlarda ve VSWR'lerde PA dinamik yük hatlarındaki değişiklikler

PA'yı yanmaya nasıl koruyabilirim

Tasarım Garantileri

PAS'ın sağlamlık ihtiyaçlarını karşılamak için uygun şekilde tasarlanması gerekir.

Mevcut Tasarım Garantisi

Çeşitli koşullar altında cihazdan maksimum akımın cihazın maksimum dayanma akımından daha az olmasını sağlamak için cihazın boyutunu makul bir şekilde tasarlamak gerekir. Akımın tasarımında, çoklu transistör cihazlarının PA'nın son aşamasında paralel olarak bağlandığını ve akımın tüm akımın bir cihazda konsantre olmasını ve cihazın yakıldığından ziyade akımın tüm cihazda eşit olarak dağıtıldığından emin olmak önemlidir. HBT cihazının açılış voltajı artan sıcaklık ile azaldığından, aşırı akım açma voltajını azaltacak ve cihaz yanana kadar akımı daha da artıracaktır.

Bu etkiye termal koşu-away denir ve mevcut yanma yaygın bir şeklidir. Termal çalışma yolunun oluşumunu önlemek için, transistörün tabanına veya yayıcı tarafına bir balast direnci eklenir. Balast direncinin varlığı, akım arttığında VBE voltajının azalmasına neden olur ve akımın daha da artmasını önler.

Şekil 4: PA'nın (solda) eşit olmayan termal dağılımı ve balast dirençlerinin tasarımı

0040-01973 rev.004 oda dip radyasyonu 200mm rtpw

Voltaj Tasarım Garantisi
Voltaj koruması için, voltaj genellikle diyot dizelerinin son transistör koleksiyoncusuna paralel olarak yerleştirilmesiyle düzenlenir, böylece çıkış salınımı diyot ipinin açılış voltajında ​​sabittir. Voltaj koruma devrelerinin tasarımında, tüm cihazların voltaj salınımının korunmasını sağlamak için koruma devrelerinin yerleştirilmesinin simetrisinin sağlamak gerekir. Sağlamlık Testi PA güvenilirliğinin simülasyonla doğru bir şekilde tasarlanması zor olduğundan, PA tasarımı tamamlandıktan sonra, PA'nın güvenilirliğini sağlamak için tam bir sağlamlık testi geçirmelidir. Tam sağlamlık testi ortamı aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. Sağlamlık testinin aşağıdaki test koşullarını kapsaması gerekir:

Şekil 5: Sağlamlık test ortamı

Herhangi bir koşulda PA'da sağlamlık sorunu olmayacağından emin olmak için yukarıdaki test öğelerinin çapraz işlemelidir. Yarı iletken cihazların maksimum arıza voltajı azalma sıcaklığı ile azaldığından ve PA kazancı azalma sıcaklığı ile arttığından, en kötü sağlamlık noktası genellikle düşük sıcaklıklarda ortaya çıkar. Bu nedenle, düşük sıcaklıklarda, maksimum giriş gücü, en yüksek voltaj ve maksimum VSWR, sağlamlık için en kötü koşullardır.

Uygulama güvencesi

Nitelikli PA'lar fabrikadan ayrılmadan önce tamamen sağlamlık test edilmesine rağmen, uygulamada sağlamlığın garanti edildiğinden emin olmak için uygulama ortamına dikkat etmek gerekir. Uygulamada gereken ana önlemler aşağıdaki gibidir:

Güç kaynağı voltajını uygun şekilde kontrol edin
Şekil 3'te gösterildiği gibi, PA düşük voltaj uygulamalarında daha küçük bir voltaj ve akım salınımına sahiptir ve PA'nın sağlamlığı daha iyi garanti edilecektir. Bu nedenle, uygulamada, voltajın düzgün bir şekilde kontrol edilmesi ve besleme voltajının mümkün olduğunca düşük kullanılması, cihazın sağlamlığını iyileştirmeye yardımcı olabilir.

Çıkış gücünü düzgün kontrol edin
Güç çıkışı yüksek olduğunda, PA çıkışı daha fazla voltaj ve akım salınımına sahip olacaktır. Uygulamanın izin verilen aralığında çıkış gücünün kontrolüne uyum sağlamak, sağlamlığın artırılmasına yardımcı olacaktır.

Güç bütünlüğüne ve sinyal zamanlamasına dikkat edin
Cep telefonu, birden fazla modül arasındaki bağlantıyı içeren oldukça karmaşık bir sistemdir. Uygulamada, güç kaynağının bütünlüğüne (aşırı voltaj darbeleri olsun), önyargı kontrol sinyalinin zamanlaması, giriş sinyalinin boyutu ve zamanlaması ve PA'nın normal bir durumda çalışmasını sağlamak için zamanlamaya dikkat etmek önemlidir.