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(jí)功率放大器，工作范圍為800mhz至1ghz，能夠?yàn)間sm和ism設(shè)備提供高達(dá)30dbm的輸出功率。但是，實(shí)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(wú)法優(yōu)化系統(tǒng)性能。
本文提供了經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的電路板布局，有助于用戶(hù)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(jì)人員避免一些常見(jiàn)錯(cuò)誤，從而在設(shè)計(jì)中獲得最佳性能。
電源旁路和級(jí)間匹配
該器件使用過(guò)程中必須考慮級(jí)間匹配問(wèn)題，這也是最重要的因素之一。由于放大器由三個(gè)相互獨(dú)立的放大級(jí)組成，每級(jí)的阻抗特性略有不同，因此，三級(jí)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(huì)與器件內(nèi)部電路相互作用，影響級(jí)間匹配。因此，設(shè)計(jì)人員可以針對(duì)特定應(yīng)用定制匹配電路。
為了充分利用設(shè)計(jì)的靈活性，vcc過(guò)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(jí)間電容和ic引腳之間的最佳引線長(zhǎng)度需要憑借經(jīng)驗(yàn)確定，通過(guò)改變vcc引線上的電容獲得所要求的工作頻率(參見(jiàn)圖1)。通常在這些位置均采用高q值電容達(dá)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(méi)有調(diào)節(jié)余地，尺寸大小為0201的元件更難控制)。本設(shè)計(jì)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(jí)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(jí)間匹配，可能有一部分rf能量從一級(jí)耦合到另一級(jí)，這對(duì)系統(tǒng)性能非常不利。采用“星形拓?fù)洹笔且环N有效隔離各級(jí)電源噪聲的方法。這種結(jié)構(gòu)由單點(diǎn)引出各電源線，該點(diǎn)采用一個(gè)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(jìn)行適當(dāng)隔離。相對(duì)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(guò)級(jí)間匹配電容進(jìn)行本地旁路，同時(shí)與內(nèi)部節(jié)點(diǎn)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(pán)。由于功率放大器的輸出級(jí)通過(guò)該點(diǎn)接地，因此該焊盤(pán)必須接地。如果沒(méi)有低電感接地通路，則會(huì)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(guò)這種物理連接實(shí)現(xiàn)的。最好設(shè)計(jì)大面積裸焊盤(pán)的接地面積。在裝配期間，還要給出回流通路，也就是說(shuō)，pc板焊盤(pán)應(yīng)具有多個(gè)過(guò)孔。該ic的全部gnd引腳可直接返回同一焊盤(pán)，為功率放大器的其它級(jí)提供最短的接地通路(參見(jiàn)圖3)。
輸出網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的評(píng)估板在這一部分可能會(huì)誤導(dǎo)用戶(hù)，它是專(zhuān)為特定頻段設(shè)計(jì)的，沒(méi)有必要復(fù)制到其它應(yīng)用中。該評(píng)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(jì)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(huì)影響匹配)，但會(huì)大大削減諧波。在915mhz下設(shè)計(jì)時(shí)，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(jì)輸出匹配時(shí)，可采用與級(jí)間匹配類(lèi)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(píng)估板用兩個(gè)元件進(jìn)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(jiàn)圖4)。無(wú)論采用哪種方法實(shí)現(xiàn)阻抗變換，都推薦使用由許多相鄰接接地過(guò)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(shí)還需要注意：匹配時(shí)采用高q值元件(>100，在期望頻率下)對(duì)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(guò)程中，max2235是否能夠獲得最佳性能取決于細(xì)致而周密的電路布局。在構(gòu)建第一個(gè)原型之前，需要全面考慮以下事項(xiàng)。
級(jí)間匹配 vcc旁路/級(jí)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(guò)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(jí)電源線間隔最大(耦合最小)，在pc板底層采用“星形拓?fù)洹笔欠浅Ｓ行?。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。考慮到回流焊和ic底部裸焊盤(pán)的制造工藝，必須將裸焊盤(pán)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(jìn)行諧波抑制，不會(huì)影響阻抗變換。
圖5所示為上述關(guān)鍵特性的實(shí)施方法，圖6所示為其它maxim評(píng)估板的“星形拓?fù)洹薄?/p>
評(píng)論