Wie kann ich die HF PA nicht verbrennen?

PA (Leistungsverstärker) ist ein wichtiger Bestandteil des Kommunikationssystems, der für die Verstärkung und Leistung von HF -Signalen verantwortlich ist. Die Leistung und Zuverlässigkeit von PA wirkt sich erheblich auf das gesamte Übertragungssystem aus.

Im Mobiltelefonkommunikationssystem beträgt das Ausgangssignal von PA etwa 29 ~ 32 dbm (ca. 1, 000 MW), das ist 1 0 00 -mal größeres als die Leistung von etwa 0 dbm (1 mw) des Transceiver -Chips. Gleichzeitig muss die PA im Allgemeinen etwa 1, 900-4, 000 MW des DC -Stromverbrauchs konsumieren, um die entsprechende HF -Leistung zu erreichen.

Abbildung 1: Typischer Link des Kommunikationssystems für das Handy -Kommunikationssystem

Hochleistungs-Hochleistungsanwendungen stellen ebenfalls Herausforderungen für die Zuverlässigkeit von PA dar. In Systemanwendungen ist "Burning PA" ein heißes Thema bei der Diskussion von Ingenieuren.

0040-02544 Oberkörper, DPS -Metall

Warum verbrennst du PA?

Halbleitergeräte in Mobiltelefon -PA -Chips

Das am häufigsten verwendete Halbleiterprozess für PA -Design sind Gaas HBT, Gaas Phemt, SOI -CMOs, Bulk -CMOs (Bulk Silicon CMOs). Unter ihnen ist Gaas HBT der bevorzugte Prozess für die Leistungsausgangsphase der HF -Leistungsverstärker aufgrund seiner hohen Leistungsdichte und der geringen Kosten (im Vergleich zu Gaas PHEMT) geworden.

HBT -Geräte haben drei Grenzparameter, nämlich:

Maximal zulässiger Strom des Kollektors ICmax Maximal zulässiger thermischer Dissipationsleistungskollektor-Emitter Reverse Breakdown-Spannung BVCEO in der praktischen Arbeit,

Es ist notwendig, sicherzustellen, dass der maximale Arbeitsschaltungsschalt

und die maximale Spannung des Geräts befinden sich im Nennbereich.

Die Spannungs-\/Stromschwung der PA

Für HBT -Geräte mit HF PAS hat der Sammler des Ausgangstransistors eine maximale Spannung und einen Stromschwung. Um die Beziehung zwischen Spannung und Strom besser zu charakterisieren, werden die Spannung und der Strom normalerweise in derselben Diagramm in Form einer Lastlinie aufgetragen, wie in Abbildung 2 gezeigt.

Die Lastlinie des Transistors spiegelt die Beziehung zwischen Spannung und Strom des Transistors unter verschiedenen Lasten wider und wird im Allgemeinen an der DC-IV-Kurve gezeichnet. In der Lastlinie:

Die Steigung der Lastlinie spiegelt die Größe der Lastimpedanz wider.

In der tatsächlichen Schaltung wird aufgrund der Existenz des imaginären Lastteils die Spannung\/Strom -Phasenunterschiede gebildet, wodurch die Lastlinie als Hohlring angezeigt wird.

3. Die Auswahl des DC -Betriebspunkts (Spannung und Strom) wirkt sich auf die Schwung der Lastlinie aus.

Abbildung 2: Eine typische dynamische Lastlinie für eine PA

Im PA -Betrieb steigt aufgrund der Existenz einer Hochleistungspannung und hohen VSWR die PA -Ausgangsspannung und der Stromschwung. Abbildung 3 zeigt einen typischen Leistungsverstärker mit dynamischen Lastlinien bei 50 Ω und VSWR =10: 1 bei 3,2 V und 5 V Bias -Spannungen [2]. Es ist ersichtlich, dass die PA unter Hochspannung und VSWR einer größeren Spannung und einem Stromschwung standhalten muss. Wenn die Spannungs- und Stromschwankungen den Toleranzwert des Geräts überschreiten, wird das Gerät ausgebrannt.

Abbildung 3: Änderungen der dynamischen Lastlinien von PA an verschiedenen Spannungen und VSWRs

Wie man die PA vor Verbrennen schützt

Designgarantien

PAs müssen ordnungsgemäß so konzipiert werden, dass sie den Bedürfnissen der Robustheit gerecht werden.

Aktuelle Designgarantie

Es ist notwendig, die Größe des Geräts vernünftigerweise zu gestalten, um sicherzustellen, dass der maximale Strom durch das Gerät unter verschiedenen Bedingungen geringer ist als der maximale Stellungsstrom des Geräts. Bei der Gestaltung des Durchgangs ist es wichtig zu beachten, dass mehrere Transistorgeräte im Endstadium der PA parallel angeschlossen sind, und es ist erforderlich, sicherzustellen, dass der Strom gleichmäßig auf dem gesamten Gerät verteilt ist, anstatt dass der gesamte Strom in einem Gerät konzentriert ist und das Gerät verbrannt wird. Da die Einschaltspannung des HBT-Geräts mit zunehmender Temperatur abnimmt, verringert der übermäßige Strom die Einschaltspannung und erhöht den Strom weiter, bis das Gerät ausbrennt.

Dieser Effekt wird als thermischer Ausweg bezeichnet und ist eine gemeinsame Form des Stromverbrennens. Um das Auftreten eines thermischen Laufwegs zu verhindern, wird der Basis oder Emitterseite des Transistors ein Ballastwiderstand hinzugefügt. Das Vorhandensein des Ballastwiderstands führt dazu, dass die VBE -Spannung abnimmt, wenn der Strom zunimmt, wodurch verhindert wird, dass der Strom weiter zunimmt.

Abbildung 4: ungleiche thermische Verteilung von PA (links) und Design von Ballastwiderständen

0040-01973 rev.004 Chamber Bottom Radiance 200mm RTPW

Spannungsdesigngarantie
Zum Spannungsschutz wird die Spannung im Allgemeinen reguliert, indem Diodenzeichenfolgen parallel im endgültigen Transistorsammler platziert werden, sodass der Ausgangsschwung an der Öffnungsspannung der Diodenschnur stabil ist. Bei der Gestaltung von Spannungsschutzschaltungen ist es erforderlich, die Symmetrie der Platzierung der Schutzschaltungen zu gewährleisten, um sicherzustellen, dass der Spannungsschwung aller Geräte geschützt ist. Robustness -Test Da die Zuverlässigkeit von PA durch Simulation schwierig zu entwerfen ist, muss nach Abschluss des PA -Designs einen vollständigen Robus -Test bestehen, um die Zuverlässigkeit von PA zu gewährleisten. Die vollständige Umgebung für Robustheitstest ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Der Robus -Test muss die folgenden Testbedingungen abdecken:

Abbildung 5: Robustness -Testumgebung

Die oben genannten Testelemente müssen gekrönt sein, um sicherzustellen, dass in der PA unter allen Bedingungen kein Problem in der PA auftritt. Da die maximale Abbauspannung der Halbleitergeräte mit abnehmender Temperatur abnimmt und die PA -Verstärkung mit abnehmender Temperatur zunimmt, tritt der schlimmste Punkt der Robustheit im Allgemeinen bei niedrigen Temperaturen auf. Daher sind bei niedrigen Temperaturen die maximale Eingangsleistung, die höchste Spannung und die maximale VSWR die schlimmsten Bedingungen für Robustheit.

App -Zusicherung

Obwohl qualifizierte PAs vor dem Verlassen der Fabrik völlig robust getestet sind, ist es dennoch erforderlich, auf die Anwendungsumgebung zu achten, um sicherzustellen, dass die Robustheit im Antrag garantiert ist. Die wichtigsten Sicherheitsvorkehrungen, die in der Anwendung erforderlich sind, sind wie folgt:

Steuern Sie die Stromversorgungsspannung angemessen
Wie in Abbildung 3 gezeigt, hat PA eine kleinere Spannung und einen Stromschwung in niedrigen Spannungsanwendungen, und die Robustheit von PA ist besser garantiert. In der Anwendung kann die ordnungsgemäße Steuung der Spannung und die Verwendung der Versorgungsspannung so niedrig wie möglich dazu beitragen, die Robustheit des Geräts zu verbessern.

Steuern Sie die Ausgangsleistung ordnungsgemäß
Wenn der Leistungsausgang hoch ist, hat der PA -Ausgang eine größere Spannung und einen Stromschwung. Die Anpassung an die Kontrolle der Ausgangsleistung innerhalb des zulässigen Bereichs der Anwendung hilft, die Robustheit zu verbessern.

Achten Sie auf die Integrität und das Signalzeitpunkt der Stromversorgung
Das Mobiltelefon ist ein ziemlich komplexes System, das die Verknüpfung zwischen mehreren Modulen beinhaltet. In der Anwendung ist es wichtig, auf die Integrität der Stromversorgung (ob übermäßige Spannungsimpulse), den Zeitpunkt des Vorspannungskontrollsignals, die Größe und das Zeitpunkt des Eingangssignals und den Zeitpunkt zu achten, um sicherzustellen, dass die PA in einem normalen Zustand arbeitet.