"Teknik Makale" MAX2235 Devre Kartı Yerleşimi Optimizasyon Teknolojisi
Özet: MAX2235, GSM ve ISM ekipmanı için 30dBm'ye kadar çıkış gücü sağlayabilen, 800 MHz ila 1000 MHz çalışma aralığına sahip üç aşamalı bir güç amplifikatörüdür. Ancak, gerçek tasarımda en iyi performansı elde etmek kolay değildir.Önemli, iyi bir PCB düzeni sağlamaktır. Bu makale, kullanıcıların güç amplifikatörü özelliklerini ve yöntemin temel prensiplerini anlamalarına yardımcı olmak için kanıtlanmış devre kartı düzeninin ilgili pratik deneyimini sağlar.
Genel Bakış MAX2235, 800 MHz ila 1 GHz çalışma aralığına sahip üç aşamalı bir güç amplifikatörüdür ve GSM ve ISM ekipmanı için 30dBm'ye kadar çıkış gücü sağlayabilir. Bununla birlikte, pratik uygulamalarda en iyi performansı elde etmek kolay değildir ve esas olan iyi bir PCB yerleşimi sağlamaktır. Aksi takdirde, mantıksız devre kartı yerleşimi, sistem performansını optimize edemez.
Bu makale, kullanıcıların güç amplifikatörünün özelliklerini ve yöntemin temel ilkelerini anlamalarına yardımcı olmak için kanıtlanmış bir devre kartı düzeni sağlar. Yeni bir yerleşim kılavuzu türü olan bu makale, MAX2235 tasarımcılarının bazı yaygın hatalardan kaçınmalarına ve tasarımlarında en iyi performansı elde etmelerine yardımcı olur. Güç kaynağı baypas ve aşamalar arası eşleştirme, bu cihazın kullanımı sırasında, aynı zamanda en önemli faktörlerden biri olan aşamalar arası eşleştirmeyi dikkate almalıdır. Amplifikatör üç bağımsız amplifikatör kademesinden oluştuğundan, her kademenin empedans özellikleri biraz farklıdır, bu nedenle maksimum güç iletimi sağlamak için üç aşama birbiriyle eşleştirilmelidir.
MAX2235'in VCC pinleri 3, 5, 8 ve 9, baypas edilmesi gereken basit güç pinleri değildir. Yığılmış bileşen kapasitansı (ve parazitik kapasitans), cihazın iç devresi ile etkileşime girecek ve aşamalar arası eşleşmeyi etkileyecektir. Bu nedenle, tasarımcılar belirli uygulamalar için eşleşen devreleri özelleştirebilir.
Tasarım esnekliğinden tam anlamıyla yararlanmak için, VCC aracılığıyla ve cihaz pimi arasında bir kapasitör vardır ve baypas kapasitörünün konumu VCC kablosu boyunca hafifçe ayarlanabilir. Kademeler arası kapasitans ile IC pimi arasındaki optimum uç uzunluğunun deneyimle belirlenmesi gerekir ve gerekli çalışma frekansı, VCC kablosundaki kapasitans değiştirilerek elde edilebilir (bkz. Şekil 1). Genel olarak, en iyi eşleşmeyi elde etmek için bu konumlarda yüksek Q kapasitörler kullanılır. 0402 bileşenlerinin fiziksel kaynaklar açısından ayarlanması kolaydır (tersine, 0603 bileşenlerinin ayarlama için neredeyse hiç yeri yoktur ve 0201 bileşenlerinin kontrol edilmesi daha zordur). Bu tasarım ve uygulamada, daha iyi performans sağlayabilen Murata GJM1555 serisi bileşenler seçilmiştir (daha önce GJ615 seçilmiştir). Bu bileşen serisinin Q değeri 900MHz'de 100'den büyük.
Şekil 1. VCC izi boyunca baypas kapasitör konumunu ayarlayın
Güç amplifikatörünün güç kaynağı pinlerinin aşamalar arasında eşleştiğini varsayarsak, uçlar arasındaki karşılıklı izolasyon çok önemlidir (not: "izolasyon" burada saf RF izolasyonunu ifade eder. Tabii ki hat DC kuplajını kullanır). Güç kaynağı pinleri aşamalar arası eşleştirme olarak kullanılmazsa, bazı RF enerjisi bir aşamadan diğerine bağlanabilir ve bu da sistem performansı için çok zararlıdır. "Yıldız topolojisi" nin benimsenmesi, güç kaynağı gürültüsünü tüm seviyelerde etkin bir şekilde izole etmek için bir yöntemdir. Bu yapıda her bir güç hattı tek bir noktadan çıkarılır ve bu nokta büyük kapasiteli bir kondansatör ile bypass edilir.Daha sonra bu güç hatları PCB'nin alt katmanına dağıtılır ve birbirinden uygun şekilde izole edilir. Devre kartının iç tabakasının dielektriği ile karşılaştırıldığında, zemin tabakası bu güç hatlarını izole etmek için kullanıldığından, alttaki VCC hatları arasındaki bağlantı azalır. Her izolasyon hattı, aşamalar arası bir eşleştirme kapasitörüyle yerel olarak baypas edilir ve aynı zamanda dahili düğümlerle eşleştirilir. Kondansatörü IC'ye yakın yerleştirmek ve eşleşmeyi etkin bir şekilde kontrol etmek için kondansatörü üst katmana yerleştirmek daha mantıklıdır. Şekil 2, önerilen bileşen düzenini göstermektedir.
Şekil 2. "Yıldız topolojisi" bileşen düzeni
Topraklama şeması MAX2235, kapsüle etmek için TSSOP-EP'yi benimser, yonganın tabanı açıkta kalan zemin pedine sahiptir. Güç amplifikatörünün çıkış aşaması bu noktadan topraklandığından, pedin topraklanması gerekir. Düşük endüktanslı toprak yolu yoksa, emisyon zayıflamasından kaynaklanan bir baş ağrısı olacak ve bu da kazancın azalmasına neden olacaktır. IC'nin PCB zemin katmanına ısı dağıtımı da bu fiziksel bağlantı yoluyla elde edilir. En iyisi, açıkta kalan geniş bir pedin zemin alanını tasarlamaktır. Montaj sırasında, bir dönüş yolu da verilir, yani PCB pedinin birden fazla yolu olmalıdır. Bu IC'nin tüm GND pimleri doğrudan aynı pede geri döndürülebilir ve güç amplifikatörünün diğer aşamaları için en kısa toprak yolunu sağlar (bkz. Şekil 3).
Şekil 3. Açığa çıkan ped topraklanmalıdır
Çıkış ağının mevcut değerlendirme panosu bu kısımda kullanıcıları yanıltabilir, belirli bir frekans bandı için tasarlanmıştır ve başka uygulamalara kopyalanmasına gerek yoktur. Değerlendirme panosu, 16 ve VCC pimleri arasında 0 olan 30AWG tel kullanır. Maxim şu anda yeni tasarımlarda çıktı için kısa devre ve direnç çekme yöntemlerinin kullanılmasını önermemektedir. Bunun yerine, L || C, en iyi performans için VCC'ye yükseltmek üzere paralel olarak kullanılabilir. LC paralel rezonans dikkatli bir şekilde seçilirse, hassas frekansta daha yüksek bir empedansa sahip gibi görünür (eşleşmeyi etkilemeyecektir), ancak harmonikleri büyük ölçüde azaltacaktır. 915MHz'de tasarım yaparken, 10nH ve 3.3pF'nin endüktans değeri çok iyi harmonik bastırma üretebilir ve çıkış eşleştirme girişimini büyük ölçüde azaltabilir.
Çıktı eşleştirmesi tasarlanırken, aşamalar arası eşleştirmeye benzer bir yöntem kullanılabilir. Güç amplifikatörünün çıkış empedansını doğru bir şekilde ayarlamak için, çıkış paralel kapasitörünün konumu iletim hattı boyunca değiştirilebilir. Değerlendirme panosu eşleştirme için iki bileşen kullanır Ayarlama yeteneğini geliştirmek için dört bileşenli (seri L, paralel C, seri L ve paralel C) bir eşleştirme şeması kullanılabilir (bkz. Şekil 4). Empedans dönüşümü elde etmek için hangi yöntem kullanılırsa kullanılsın, birçok bitişik yer yolu ile çevrili kontrollü bir empedans iletim hattının kullanılması tavsiye edilir. Sürekli RF topraklama döngüsü, PCB kaybını büyük ölçüde azaltabilir ve harmonik bastırmayı iyileştirebilir. Aynı zamanda şunlara da dikkat etmeniz gerekir: eşleştirme yaparken yüksek Q bileşenlerini kullanın ( > 100, istenen frekansta) en iyi prototip ve ürün performansını elde etmek için gereklidir ve Murata GJM1555 serisi (veya eşdeğer devre) önerilir.
Şekil 4. Yüksek Q değerine sahip indüktörlerin ve kapasitörlerin dört elemanlı çıkış eşleşmesi
Genel Bir RF güç amplifikatörü olarak, PCB yerleşim sürecinde MAX2235'in en iyi performansı elde edip edemeyeceği titiz ve kapsamlı devre düzenine bağlıdır. İlk prototipi oluşturmadan önce, aşağıdaki hususların tam olarak dikkate alınması gerekir.
Aşamalar arası eşleştirme VCC baypas / aşamalar arası eşleştirme kapasitörleri, IC pimlerine (pim 3, 5, 8 ve 9) mümkün olduğunca yakın yerleştirilmelidir ve hata ayıklama sırasında konum ayarlanabilir. En iyi performans, yüksek Q bileşenlerle elde edilebilir.
VCC kablolaması Güç kablolaması, farklı PA seviyesindeki güç hatları arasındaki boşluğu maksimize etmelidir (minimum bağlantı) PCB'nin altında "yıldız topolojisi" kullanmak çok etkilidir. VCC, global bir baypas kapasitörüyle sonlandırılır.
Topraklama IC'nin her bir pini için en kısa ve en düşük endüktans toprak yolunu sağlar. Yeniden akış lehimleme üretim süreci ve IC'nin altındaki açıkta kalan ped göz önüne alındığında, açıkta kalan ped topraklanmalıdır!
Çıkış eşleştirme, yüksek Q bileşenleri ve dört bileşenli eşleştirmenin yanı sıra kontrollü empedanslı iletim hatlarını kullanır. Eşleştirmeden önce harmonik bastırma için kaldırma indüktörlerinin kullanılması empedans dönüşümünü etkilemeyecektir.
Şekil 5, yukarıdaki temel özelliklerin uygulanmasını gösterir ve Şekil 6, diğer Maxim değerlendirme kurullarının "yıldız topolojisini" gösterir.
Şekil 5. İlk prototipi oluşturmadan önce ana hususların uygulama yöntemi
Şekil 6. Maxim değerlendirme panosunun "Yıldız topolojisi"
