Як я не можу спалити RF PA?

PA (підсилювач потужності) є важливим компонентом системи зв'язку, яка відповідає за посилення та живлення сигналів RF. Продуктивність та надійність ПА мають значний вплив на всю систему передачі.

У системі зв'язку мобільного телефону вихідний сигнал PA становить приблизно 29 ~ 32dbm (близько 1, 000 мВт), що в 1 0 00 разів більше, ніж потужність приблизно 0 дб (1 мВт) мікросхеми. У той же час, щоб досягти відповідної потужності RF, PA, як правило, потрібно споживати близько 1, 900-4, 000 MW споживання потужності постійного струму.

Малюнок 1: Типове посилання системи мобільного телефону

Високі потужні додатки також створюють проблеми надійності ПА. У системних додатках "спалювання ПА" - гаряча тема в обговоренні інженерів.

0040-02544 Верхня тіло, DPS Metal

Чому ви спалюєте ПА

Напівпровідникові пристрої в мікросхемах мобільного телефону

Найпоширенішим напівпровідниковим процесом для проектування ПА є GAAS HBT, GAAS PHEMT, CMOS SOI, Окружні CMOS (масові кремнію CMO). Серед них GAAS HBT став кращим процесом для стадії потужності потужності підсилювачів потужності RF за рахунок високої щільності потужності та низької вартості (порівняно з GAAS PHEMT).

Пристрої HBT мають три граничні параметри, а саме:

Максимально допустимий струм колектора ICMAX

Необхідно забезпечити, щоб максимальна робоча схема, розсіювала потужність

і максимальна напруга пристрою знаходиться в межах номінального діапазону.

Напруга/струм гойдалки ПА

Для пристроїв HBT з RF PAS колектор вихідного транзистора має максимальну напругу та струм. Для того, щоб краще характеризувати залежність між напругою та струмом, напруга та струм зазвичай побудовані на одній схемі у вигляді лінії навантаження, як показано на малюнку 2.

Лінія навантаження транзистора відображає взаємозв'язок між напругою та струмом транзистора під різними навантаженнями, і, як правило, малюється на кривій DC-IV. У лінії навантаження:

Нахил лінії навантаження відображає величину опору навантаження.

У фактичній схемі, завдяки існуванню навантажувальної уявної частини, буде утворена різниця фази напруги/струму, що може призвести до того, що лінія навантаження відображається як порожнисте кільце.

3. Вибір робочої точки постійного струму (напруга та струм) впливає на розмаху лінії навантаження.

Малюнок 2: Типова динамічна лінія навантаження для ПА

В експлуатації ПА, завдяки існуванню високої напруги живлення та високої VSWR, напруга виходу ПА та гойдалки струму збільшаться. На малюнку 3 показаний типовий підсилювач потужності з динамічними лініями навантаження на 50 Ом і VSWR =10: 1 при 3,2 В та 5 В напругах зміщення [2]. Видно, що під високою напругою та VSWR, ПА потрібно буде витримати більшу напругу та струм. Коли напруга та струм перевищують значення допуску пристрою, пристрій вигоріть.

Малюнок 3: Зміни лінійних ліній навантаження ПА на різних напругах та VSWRS

Як захистити ПА від спалювання

Гарантії дизайну

ПА повинні бути належним чином розроблені для задоволення потреб міцності.

Поточна гарантія дизайну

Необхідно розробити розмір пристрою розумно для того, щоб максимальний струм через пристрій в різних умовах був меншим, ніж максимальний протистояння струму пристрою. У проектуванні крізь потоку важливо зазначити, що на кінцевій стадії ПА підключені кілька транзисторних пристроїв, і необхідно забезпечити, щоб струм був рівномірно розподілений у всьому пристрої, а не весь струм зосереджений в одному пристрої, і пристрій спалюється. Оскільки напруга увімкнення пристрою HBT зменшується зі збільшенням температури, надмірний струм зменшить напругу ввімкнення та збільшить струм далі, поки пристрій не вигориться.

Цей ефект називається тепловим пробігом і є загальною формою спалювання струму. Щоб запобігти виникненню теплового пробігу, до основи або випромінювача додається баластний резистор. Наявність баластового резистора призводить до зменшення напруги VBE, коли струм збільшується, що запобігає подальшому збільшенню струму.

Малюнок 4: Нерівний тепловий розподіл ПА (зліва) та конструкція баластних резисторів

0040-01973 Rev.004 ДОТАЛЬНИЙ РЕДІАНЦІЯ КАМБА 200 мм RTPW

Гарантія дизайну напруги
Для захисту від напруги напруга, як правило, регулюється шляхом розміщення діодних рядків паралельно в кінцевому колекторі транзистора, щоб вихідний гойдалка був стабільним при відкритті напруги діода. У розробці схем захисту від напруги необхідно забезпечити симетрію розміщення захисних ланцюгів, щоб забезпечити захист напруги всіх пристроїв. Тест на міцність, оскільки надійність ПА важко точно розробити шляхом моделювання, після завершення конструкції ПА вона повинна пройти повний тест на міцність, щоб забезпечити надійність ПА. Повне середовище тестування на міцність показано на малюнку нижче. Тест на міцність повинен покрити наступні умови тесту:

Малюнок 5: Тестове середовище тестування на міцність

Наведені вище тестові елементи повинні бути перехресними, щоб переконатися, що в ПА не буде проблем з міцністю в ПА. Оскільки максимальна напруга розбиття напівпровідникових пристроїв зменшується зі зниженням температури, а посилення ПА збільшується зі зниженням температури, найгірша точка міцності, як правило, відбувається при низьких температурах. Тому при низьких температурах максимальна вхідна потужність, найвища напруга та максимальна VSWR є найгіршими умовами для міцності.

Забезпечення додатків

Незважаючи на те, що кваліфіковані ПА повністю перевіряються перед тим, як залишити фабрику, все одно необхідно звернути увагу на середовище програми, щоб гарантувати, що в додатку гарантується міцність. Основні гарантії, необхідні в заяві, такі:

Контролюйте напругу живлення належним чином
Як показано на малюнку 3, ПА має меншу напругу та струм, що гойдаються в додатках низької напруги, а міцність ПА буде краще гарантовано. Тому в додатку належним чином контроль за напругою та використання напруги живлення максимально низьким може допомогти покращити міцність пристрою.

Правильно контролювати вихідну потужність
Коли потужність висока, вихід ПА матиме більшу напругу та струм. Адаптація до контролю вихідної потужності в межах допустимого діапазону програми допоможе покращити міцність.

Зверніть увагу на цілісність потужності та терміни сигналу
Мобільний телефон - це досить складна система, яка передбачає зв'язок між декількома модулями. У додатку важливо звернути увагу на цілісність джерела живлення (чи є надмірні імпульси напруги), терміни контрольного сигналу зміщення, розмір та терміни вхідного сигналу та терміни для того, щоб ПА працювала в нормальному стані.