MAX2235的電路板布局優(yōu)化技術(shù)
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概述
max2235是一款三級功率放大器，工作范圍為800mhz至1ghz，能夠為gsm和ism設(shè)備提供高達30dbm的輸出功率。但是，實際應(yīng)用中要想獲得最佳性能并不容易，前提是必須保證良好的pc板布局。否則，不合理的電路板布局將無法優(yōu)化系統(tǒng)性能。
本文提供了經(jīng)過驗證的電路板布局，有助于用戶理解功率放大器的特性以及所述方法的基本原理。作為一種新型布局指南，本文有助于max2235的設(shè)計人員避免一些常見錯誤，從而在設(shè)計中獲得最佳性能。
電源旁路和級間匹配
該器件使用過程中必須考慮級間匹配問題，這也是最重要的因素之一。由于放大器由三個相互獨立的放大級組成，每級的阻抗特性略有不同，因此，三級彼此之間必須相互匹配，提供最大的功率傳輸。
max2235的vcc引腳3、5、8和9并非單純的需要旁路的電源引腳。集總元件電容(和寄生電容)會與器件內(nèi)部電路相互作用，影響級間匹配。因此，設(shè)計人員可以針對特定應(yīng)用定制匹配電路。
為了充分利用設(shè)計的靈活性，vcc過孔和器件引腳之間有電容，旁路電容的位置可以沿著vcc引線稍做調(diào)整。級間電容和ic引腳之間的最佳引線長度需要憑借經(jīng)驗確定，通過改變vcc引線上的電容獲得所要求的工作頻率(參見圖1)。通常在這些位置均采用高q值電容達到最佳匹配，尺寸大小為0402的元件易于物力調(diào)節(jié)(相反，尺寸大小為0603的元件幾乎沒有調(diào)節(jié)余地，尺寸大小為0201的元件更難控制)。本設(shè)計應(yīng)用中選則了murata gjm1555系列元件(以前選用的是gj615)，能獲得較好的性能。該系列元件在900mhz下q值大于100。
假定功率放大器的電源引腳為級間匹配，引線之間的相互隔離非常重要(注意：這里的“隔離”指單純的rf隔離。當(dāng)然，線路采用直流耦合)。如果電源引腳不作為級間匹配，可能有一部分rf能量從一級耦合到另一級，這對系統(tǒng)性能非常不利。采用“星形拓撲”是一種有效隔離各級電源噪聲的方法。這種結(jié)構(gòu)由單點引出各電源線，該點采用一個大容量電容旁路，然后，將這些電源線分布在pc板底層，并且彼此之間進行適當(dāng)隔離。相對于電路板內(nèi)層的電介質(zhì)而言，由于采用地層隔離這些電源線，因此降低了底層vcc線路之間的耦合。每條隔離線通過級間匹配電容進行本地旁路，同時與內(nèi)部節(jié)點匹配。為了靠近ic放置電容，并有效控制匹配，將電容放置在頂層比較合理。圖2為推薦的元件布局圖。
接地方案max2235采用tssop-ep封裝，芯片底部帶有裸露的接地焊盤。由于功率放大器的輸出級通過該點接地，因此該焊盤必須接地。如果沒有低電感接地通路，則會出現(xiàn)令人頭疼的發(fā)射衰減，導(dǎo)致增益降低。ic向pc板地層的散熱也是通過這種物理連接實現(xiàn)的。最好設(shè)計大面積裸焊盤的接地面積。在裝配期間，還要給出回流通路，也就是說，pc板焊盤應(yīng)具有多個過孔。該ic的全部gnd引腳可直接返回同一焊盤，為功率放大器的其它級提供最短的接地通路(參見圖3)。
輸出網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的評估板在這一部分可能會誤導(dǎo)用戶，它是專為特定頻段設(shè)計的，沒有必要復(fù)制到其它應(yīng)用中。該評估板采用30awg導(dǎo)線，與引腳16至vcc間的0。
maxim目前在新型設(shè)計中不推薦輸出采用導(dǎo)線短接和電阻上拉的方法。相反，可采用l||c并聯(lián)上拉至vcc，以獲得最佳性能。如果認(rèn)真選取lc并聯(lián)諧振，那么在敏感頻率上看似具有較高的阻抗(不會影響匹配)，但會大大削減諧波。在915mhz下設(shè)計時，10nh和3.3pf的電感值可產(chǎn)生非常好的諧波抑制，并大大降低輸出匹配的干擾。
在設(shè)計輸出匹配時，可采用與級間匹配類似的方法。為了精確調(diào)節(jié)功率放大器的輸出阻抗，可沿著傳輸線改變輸出并聯(lián)電容的位置。該評估板用兩個元件進行匹配，為了提高調(diào)節(jié)能力，可以利用四元件(串聯(lián)l、并聯(lián)c、串聯(lián)l、并聯(lián)c)匹配方案(參見圖4)。無論采用哪種方法實現(xiàn)阻抗變換，都推薦使用由許多相鄰接接地過孔包圍的受控阻抗傳輸線。連續(xù)的rf接地回路，可以大大降低pc板損耗，改善諧波抑制。同時還需要注意：匹配時采用高q值元件(>100，在期望頻率下)對獲得最佳的原型和產(chǎn)品性能至關(guān)重要，并推薦使用murata gjm1555系列(或等效電路)。
概要作為rf功率放大器，在pc板布局過程中，max2235是否能夠獲得最佳性能取決于細致而周密的電路布局。在構(gòu)建第一個原型之前，需要全面考慮以下事項。
級間匹配 vcc旁路/級間匹配電容應(yīng)盡可能靠近ic引腳(引腳3、5、8和9)放置，并在調(diào)試過程中允許調(diào)整位置。采用高q值元件可以獲得最佳性能。
vcc布線 電源布線應(yīng)使不同的pa級電源線間隔最大(耦合最小)，在pc板底層采用“星形拓撲”是非常有效。vcc端接全局旁路電容。
接地 為ic各引腳提供最短、最低電感的接地通路?？紤]到回流焊和ic底部裸焊盤的制造工藝，必須將裸焊盤接地！
輸出匹配 采用高q值元件和四元件匹配，以及阻抗受控的傳輸線。匹配之前采用上拉電感進行諧波抑制，不會影響阻抗變換。
圖5所示為上述關(guān)鍵特性的實施方法，圖6所示為其它maxim評估板的“星形拓撲”。
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