¿Cómo no puedo quemar el RF PA?

PA (amplificador de potencia) es un componente importante del sistema de comunicación, que es responsable de amplificar y alimentar señales de RF. El rendimiento y la confiabilidad de la AP tienen un impacto significativo en todo el sistema de transmisión.

En el sistema de comunicación de teléfonos móviles, la señal de salida de PA es de aproximadamente 29 ~ 32dbm (aproximadamente 1, 000 MW), que es 1 0 00 veces mayor que la potencia de salida de aproximadamente 0dbm (1MW) del chip de transceptor. Al mismo tiempo, para lograr la potencia de salida RF correspondiente, el PA generalmente necesita consumir aproximadamente 1, 900-4, 000 MW de consumo de energía de CC.

Figura 1: Enlace típico del sistema de comunicación de teléfonos móviles

Las aplicaciones de alta potencia y alta potencia también plantean desafíos para la confiabilidad de la AP. En las aplicaciones del sistema, "Burning PA" es un tema candente en la discusión de los ingenieros.

0040-02544 Superior, DPS Metal

¿Por qué quemas PA?

Dispositivos de semiconductores en chips de PA de teléfono móvil

El proceso de semiconductores más utilizado para el diseño de PA es GAAS HBT, GaAs Phemt, SOI CMOS, CMOS a granel (CMOS de silicio a granel). Entre ellos, GaAs HBT se ha convertido en el proceso preferido para la etapa de potencia de salida de los amplificadores de potencia de RF debido a su alta densidad de potencia y bajo costo (en comparación con GaAs Phemt).

Los dispositivos HBT tienen tres parámetros de límite, a saber:

Corriente máxima permitida del colector ICMAX máximo permitido disipación térmica potencia coleccionista-emisor de descomposición inversa voltaje de descomposición bvceo en trabajo práctico,

Es necesario asegurarse de que el circuito de trabajo máximo, disipó energía

y el voltaje máximo del dispositivo está dentro del rango nominal.

El voltaje\/oscilación de la PA

Para los dispositivos HBT con PAS RF, el colector del transistor de salida tiene un voltaje máximo y una oscilación de corriente. Para caracterizar mejor la relación entre el voltaje y la corriente, el voltaje y la corriente generalmente se representan en el mismo diagrama en forma de una línea de carga, como se muestra en la Figura 2.

La línea de carga del transistor refleja la relación entre el voltaje y la corriente del transistor bajo diferentes cargas, y generalmente se dibuja en la curva DC-IV. En la línea de carga:

La pendiente de la línea de carga refleja la magnitud de la impedancia de carga.

En el circuito real, debido a la existencia de la parte imaginaria de carga, se formará la diferencia de fase de voltaje\/corriente, lo que puede hacer que la línea de carga aparezca como un anillo hueco.

3. La selección del punto de operación de CC (voltaje y corriente) tiene un impacto en el oscuro de la línea de carga.

Figura 2: una línea de carga dinámica típica para una AP

En la operación de PA, debido a la existencia de alto voltaje de la fuente de alimentación y alto VSWR, el voltaje de salida de PA y la oscilación de corriente aumentarán. La Figura 3 muestra un amplificador de potencia típico con líneas de carga dinámica a 50Ω y VSWR =10: 1 a 3.2V y 5V de voltajes de polarización [2]. Se puede ver que bajo alto voltaje y VSWR, el PA deberá soportar un voltaje mayor y una oscilación de corriente. Cuando el voltaje y los cambios de corriente exceden el valor de tolerancia del dispositivo, el dispositivo se agotará.

Figura 3: Cambios en las líneas de carga dinámica de PA a diferentes voltajes y VSWRS

Cómo proteger a la AP de la quema

Garantías de diseño

Los PA deben diseñarse adecuadamente para satisfacer las necesidades de la robustez.

Garantía de diseño actual

Es necesario diseñar el tamaño del dispositivo razonablemente para asegurarse de que la corriente máxima a través del dispositivo en varias condiciones sea menor que la corriente de soporte máxima del dispositivo. En el diseño de la corriente de corriente, es importante tener en cuenta que múltiples dispositivos de transistores están conectados en paralelo en la etapa final de la AP, y es necesario asegurarse de que la corriente se distribuya uniformemente en todo el dispositivo, en lugar de que toda la corriente se concentra en un dispositivo y el dispositivo se quema. Dado que el voltaje de activación del dispositivo HBT disminuye al aumentar la temperatura, la corriente excesiva reducirá el voltaje de encendido y aumentará aún más la corriente hasta que el dispositivo se quema.

Este efecto se llama corredor térmico y es una forma común de quema de corriente. Para evitar la ocurrencia del camino térmico, se agrega una resistencia de lastre a la base o al lado emisor del transistor. La presencia de la resistencia de lastre hace que el voltaje de VBE disminuya cuando aumenta la corriente, evitando que la corriente aumente aún más.

Figura 4: Distribución térmica desigual de PA (izquierda) y diseño de resistencias de lastre

0040-01973 Rev.004 Radiance inferior de cámara 200 mm RTPW

Garantía de diseño de voltaje
Para la protección de voltaje, el voltaje generalmente se regula colocando cadenas de diodo en paralelo en el colector de transistores final para que la oscilación de salida sea estable en el voltaje de apertura de la cadena de diodo. En el diseño de circuitos de protección de voltaje, es necesario garantizar la simetría de la colocación de los circuitos de protección para garantizar que el giro de voltaje de todos los dispositivos esté protegido. Prueba de robustez Dado que la confiabilidad de la AP es difícil de diseñar con precisión mediante simulación, después de que se completa el diseño de la AP, debe pasar una prueba de robustez completa para garantizar la confiabilidad de la AP. El entorno completo de prueba de resistencia se muestra en la figura a continuación. La prueba de Ruggedness debe cubrir las siguientes condiciones de prueba:

Figura 5: entorno de prueba de robustez

Los elementos de prueba anteriores deben ser combinados para garantizar que no haya ningún problema de resistencia en la AP en ninguna condición. Dado que el voltaje máximo de descomposición de los dispositivos semiconductores disminuye al disminuir la temperatura, y la ganancia de PA aumenta con la disminución de la temperatura, el peor punto de resistencia generalmente ocurre a bajas temperaturas. Por lo tanto, a bajas temperaturas, la potencia de entrada máxima, el voltaje más alto y el VSWR máximo son las peores condiciones para la resistencia.

Aseguramiento de la aplicación

Aunque los PA calificados son completamente resistentes a la resistencia antes de abandonar la fábrica, todavía es necesario prestar atención al entorno de aplicación para garantizar que la resistencia esté garantizada en la aplicación. Las principales salvaguardas requeridas en la aplicación son las siguientes:

Controlar el voltaje de la fuente de alimentación adecuadamente
Como se muestra en la Figura 3, PA tiene un voltaje y una oscilación de corriente más pequeñas en aplicaciones de bajo voltaje, y la resistencia de la AP estará mejor garantizada. Por lo tanto, en la aplicación, controlar adecuadamente el voltaje y usar el voltaje de suministro lo más bajo posible puede ayudar a mejorar la resistencia del dispositivo.

Controle correctamente la potencia de salida
Cuando la potencia de salida es alta, la salida de PA tendrá un mayor voltaje y una oscilación de corriente. Adaptar al control de la potencia de salida dentro del rango permitido de la aplicación ayudará a mejorar la resistencia.

Preste atención a la integridad de la potencia y el tiempo de la señal
El teléfono móvil es un sistema bastante complejo que implica el enlace entre múltiples módulos. En la aplicación, es importante prestar atención a la integridad de la fuente de alimentación (ya sea que hay pulsos de voltaje excesivos), el momento de la señal de control de polarización, el tamaño y el tiempo de la señal de entrada y el momento para garantizar que la AP funcione en un estado normal.