Làm thế nào tôi có thể không đốt RF PA?

PA (Bộ khuếch đại công suất) là một thành phần quan trọng của hệ thống truyền thông, chịu trách nhiệm khuếch đại và cung cấp năng lượng cho các tín hiệu RF. Hiệu suất và độ tin cậy của PA có tác động đáng kể đến toàn bộ hệ thống truyền tải.

Trong hệ thống giao tiếp điện thoại di động, tín hiệu đầu ra của PA là khoảng 29 ~ 32dbm (khoảng 1, 000 MW), là 1 0 00 lần lớn hơn đầu ra của chip bộ chuyển tiếp khoảng 0dbm (1MW). Đồng thời, để đạt được công suất RF tương ứng, PA thường cần tiêu thụ khoảng 1, 900-4, 000 MW tiêu thụ năng lượng DC.

Hình 1: Liên kết hệ thống giao tiếp điện thoại di động điển hình

Các ứng dụng công suất cao, công suất cao cũng đặt ra những thách thức đối với độ tin cậy của PA. Trong các ứng dụng hệ thống, "Burning PA" là một chủ đề nóng trong cuộc thảo luận của các kỹ sư.

0040-02544 phần thân trên, kim loại DPS

Tại sao bạn đốt PA

Thiết bị bán dẫn trong chip PA điện thoại di động

Quá trình bán dẫn được sử dụng phổ biến nhất cho thiết kế PA là GaAs HBT, GaAs PHEMT, SOI CMOS, CMOS số lượng lớn (CMOS silicon số lượng lớn). Trong số đó, GaAs HBT đã trở thành quá trình ưa thích cho giai đoạn đầu ra công suất của các bộ khuếch đại công suất RF do mật độ công suất cao và chi phí thấp (so với GaAs phemt).

Các thiết bị HBT có ba tham số giới hạn, cụ thể là:

Dòng điện cho phép tối đa của bộ thu icmax tối đa cho phép phân biến nhiệt điện áp-phát điện áp phân tích ngược BVCEO trong công việc thực tế,

cần phải đảm bảo rằng mạch làm việc tối đa, công suất tiêu tan

và điện áp tối đa của thiết bị nằm trong phạm vi định mức.

Điện áp\/dòng điện của PA

Đối với các thiết bị HBT có RF PA, bộ thu của bóng bán dẫn đầu ra có điện áp tối đa và xoay dòng. Để mô tả tốt hơn mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện, điện áp và dòng điện thường được vẽ trong cùng một sơ đồ dưới dạng một đường tải, như trong Hình 2.

Đường tải của bóng bán dẫn phản ánh mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện của bóng bán dẫn dưới các tải khác nhau và thường được vẽ trên đường cong DC-IV. Trong dòng tải:

Độ dốc của đường tải phản ánh độ lớn của trở kháng tải.

Trong mạch thực tế, do sự tồn tại của phần tưởng tượng tải, sự chênh lệch pha điện áp\/dòng điện sẽ được hình thành, điều này có thể khiến đường tải xuất hiện dưới dạng vòng rỗng.

3. Việc lựa chọn điểm vận hành DC (điện áp và dòng điện) có tác động đến việc xoay của đường tải.

Hình 2: Một đường tải động điển hình cho PA

Trong hoạt động của PA, do sự tồn tại của điện áp cung cấp năng lượng cao và VSWR cao, điện áp đầu ra PA và dòng điện sẽ tăng lên. Hình 3 cho thấy một bộ khuếch đại công suất điển hình với các đường tải động ở 50Ω và VSWR =10: 1 ở điện áp thiên vị 3.2V và 5V [2]. Có thể thấy rằng dưới điện áp cao và VSWR, PA sẽ cần phải chịu được điện áp lớn hơn và xoay dòng. Khi điện áp và dòng điện vượt quá giá trị dung sai của thiết bị, thiết bị sẽ bị cháy.

Hình 3: Những thay đổi trong các đường tải động PA ở các điện áp và VSWR khác nhau

Cách bảo vệ PA khỏi đốt cháy

Đảm bảo thiết kế

PA cần được thiết kế đúng cách để đáp ứng nhu cầu của độ chắc chắn.

Đảm bảo thiết kế hiện tại

Cần thiết kế kích thước của thiết bị một cách hợp lý để đảm bảo rằng dòng điện tối đa thông qua thiết bị trong các điều kiện khác nhau nhỏ hơn mức chịu được tối đa của thiết bị. Trong thiết kế của dòng điện, điều quan trọng cần lưu ý là nhiều thiết bị bóng bán dẫn được kết nối song song ở giai đoạn cuối của PA và cần phải đảm bảo rằng dòng điện được phân phối đều trong toàn bộ thiết bị, thay vì tất cả dòng điện được tập trung trong một thiết bị và thiết bị bị đốt cháy. Do điện áp bật của thiết bị HBT giảm khi nhiệt độ tăng, dòng điện quá mức sẽ làm giảm điện áp bật và tăng dòng điện hơn nữa cho đến khi thiết bị bị cháy.

Hiệu ứng này được gọi là chạy nhiệt và là một hình thức đốt hiện tại phổ biến. Để ngăn chặn sự xuất hiện của đường chạy nhiệt, một điện trở dằn được thêm vào phía đế hoặc phía phát của bóng bán dẫn. Sự hiện diện của điện trở dằn làm cho điện áp VBE giảm khi dòng điện tăng, ngăn dòng điện tăng hơn nữa.

Hình 4: Phân phối nhiệt không đều của PA (trái) và thiết kế điện trở dằn

{{0} ara

Đảm bảo thiết kế điện áp
Để bảo vệ điện áp, điện áp thường được điều chỉnh bằng cách đặt các chuỗi diode song song trong bộ thu bóng bán dẫn cuối cùng để xoay đầu ra ổn định ở điện áp mở của chuỗi diode. Trong thiết kế các mạch bảo vệ điện áp, cần phải đảm bảo tính đối xứng của vị trí của các mạch bảo vệ để đảm bảo rằng đu điện của tất cả các thiết bị được bảo vệ. Kiểm tra độ chắc chắn Vì độ tin cậy của PA rất khó để thiết kế chính xác bằng cách mô phỏng, sau khi thiết kế PA hoàn thành, nó phải vượt qua một bài kiểm tra độ chắc chắn hoàn toàn để đảm bảo độ tin cậy của PA. Môi trường kiểm tra độ chắc chắn hoàn chỉnh được hiển thị trong hình dưới đây. Bài kiểm tra độ chắc chắn cần bao gồm các điều kiện kiểm tra sau:

Hình 5: Môi trường kiểm tra độ chắc chắn

Các mục thử nghiệm trên cần được kết hợp chéo để đảm bảo rằng sẽ không có vấn đề về độ chắc chắn trong PA trong bất kỳ điều kiện nào. Do điện áp phân hủy tối đa của các thiết bị bán dẫn giảm khi giảm nhiệt độ và mức tăng PA tăng khi nhiệt độ giảm, điểm tồi tệ nhất của độ gồ ghề thường xảy ra ở nhiệt độ thấp. Do đó, ở nhiệt độ thấp, công suất đầu vào tối đa, điện áp cao nhất và VSWR tối đa là điều kiện tồi tệ nhất đối với độ chắc chắn.

Đảm bảo ứng dụng

Mặc dù các PA đủ điều kiện được kiểm tra hoàn toàn chắc chắn trước khi rời khỏi nhà máy, nhưng vẫn cần phải chú ý đến môi trường ứng dụng để đảm bảo rằng độ chắc chắn được đảm bảo trong ứng dụng. Các biện pháp bảo vệ chính cần thiết trong ứng dụng như sau:

Kiểm soát điện áp cung cấp điện một cách thích hợp
Như được hiển thị trong Hình 3, PA có điện áp nhỏ hơn và dòng điện trong các ứng dụng điện áp thấp và độ chắc chắn của PA sẽ được đảm bảo tốt hơn. Do đó, trong ứng dụng, điều khiển đúng điện áp và sử dụng điện áp cung cấp càng thấp càng tốt có thể giúp cải thiện độ chắc chắn của thiết bị.

Kiểm soát đúng công suất đầu ra
Khi công suất đầu ra cao, đầu ra PA sẽ có điện áp và dòng điện lớn hơn. Thích nghi với việc kiểm soát công suất đầu ra trong phạm vi cho phép của ứng dụng sẽ giúp cải thiện độ chắc chắn.

Hãy chú ý đến tính toàn vẹn và thời gian tín hiệu của sức mạnh
Điện thoại di động là một hệ thống khá phức tạp liên quan đến mối liên kết giữa nhiều mô -đun. Trong ứng dụng, điều quan trọng là phải chú ý đến tính toàn vẹn của nguồn điện (cho dù có xung điện áp quá mức), thời gian của tín hiệu điều khiển sai lệch, kích thước và thời gian của tín hiệu đầu vào và thời gian để đảm bảo PA hoạt động ở trạng thái bình thường.