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MAX2235的电路板布局优化技术
来源:《Maxim 》 作者: 2007/1/26 0:00:00 人气:990
内容导读:
max2235是三级功率放大器,工作范围为800mhz至1000mhz,能够为gsm和ism设备提供高达30dbm的输出功率。但是,实际设计中要想获得最佳性能并不容易,前提是必须保证良好的pc板布局。本文提供了经过验证的电路板布局的相关实践经验,有助于用户理解功率放大器特性以及所述方法的基本原理。


概述

max2235是一款三级功率放大器,工作范围为800mhz至1ghz,能够为gsm和ism设备提供高达30dbm的输出功率。但是,实际应用中要想获得最佳性能并不容易,前提是必须保证良好的pc板布局。否则,不合理的电路板布局将无法优化系统性能。

本文提供了经过验证的电路板布局,有助于用户理解功率放大器的特性以及所述方法的基本原理。作为一种新型布局指南,本文有助于max2235的设计人员避免一些常见错误,从而在设计中获得最佳性能。


电源旁路和级间匹配

该器件使用过程中必须考虑级间匹配问题,这也是最重要的因素之一。由于放大器由三个相互独立的放大级组成,每级的阻抗特性略有不同,因此,三级彼此之间必须相互匹配,提供最大的功率传输。

max2235的vcc引脚3、5、8和9并非单纯的需要旁路的电源引脚。集总元件电容(和寄生电容)会与器件内部电路相互作用,影响级间匹配。因此,设计人员可以针对特定应用定制匹配电路。

为了充分利用设计的灵活性,vcc过孔和器件引脚之间有电容,旁路电容的位置可以沿着vcc引线稍做调整。级间电容和ic引脚之间的最佳引线长度需要凭借经验确定,通过改变vcc引线上的电容获得所要求的工作频率(参见图1)。通常在这些位置均采用高q值电容达到最佳匹配,尺寸大小为0402的元件易于物力调节(相反,尺寸大小为0603的元件几乎没有调节余地,尺寸大小为0201的元件更难控制)。本设计应用中选则了murata gjm1555系列元件(以前选用的是gj615),能获得较好的性能。该系列元件在900mhz下q值大于100。

假定功率放大器的电源引脚为级间匹配,引线之间的相互隔离非常重要(注意:这里的“隔离”指单纯的rf隔离。当然,线路采用直流耦合)。如果电源引脚不作为级间匹配,可能有一部分rf能量从一级耦合到另一级,这对系统性能非常不利。采用“星形拓扑”是一种有效隔离各级电源噪声的方法。这种结构由单点引出各电源线,该点采用一个大容量电容旁路,然后,将这些电源线分布在pc板底层,并且彼此之间进行适当隔离。相对于电路板内层的电介质而言,由于采用地层隔离这些电源线,因此降低了底层vcc线路之间的耦合。每条隔离线通过级间匹配电容进行本地旁路,同时与内部节点匹配。为了靠近ic放置电容,并有效控制匹配,将电容放置在顶层比较合理。图2为推荐的元件布局图。

接地方案

max2235采用tssop-ep封装,芯片底部带有裸露的接地焊盘。由于功率放大器的输出级通过该点接地,因此该焊盘必须接地。如果没有低电感接地通路,则会出现令人头疼的发射衰减,导致增益降低。ic向pc板地层的散热也是通过这种物理连接实现的。最好设计大面积裸焊盘的接地面积。在装配期间,还要给出回流通路,也就是说,pc板焊盘应具有多个过孔。该ic的全部gnd引脚可直接返回同一焊盘,为功率放大器的其它级提供最短的接地通路(参见图3)。
输出网络

现有的评估板在这一部分可能会误导用户,它是专为特定频段设计的,没有必要复制到其它应用中。该评估板采用30awg导线,与引脚16至vcc间的0。
maxim目前在新型设计中不推荐输出采用导线短接和电阻上拉的方法。相反,可采用l||c并联上拉至vcc,以获得最佳性能。如果认真选取lc并联谐振,那么在敏感频率上看似具有较高的阻抗(不会影响匹配),但会大大削减谐波。在915mhz下设计时,10nh和3.3pf的电感值可产生非常好的谐波抑制,并大大降低输出匹配的干扰。

在设计输出匹配时,可采用与级间匹配类似的方法。为了精确调节功率放大器的输出阻抗,可沿着传输线改变输出并联电容的位置。该评估板用两个元件进行匹配,为了提高调节能力,可以利用四元件(串联l、并联c、串联l、并联c)匹配方案(参见图4)。无论采用哪种方法实现阻抗变换,都推荐使用由许多相邻接接地过孔包围的受控阻抗传输线。连续的rf接地回路,可以大大降低pc板损耗,改善谐波抑制。同时还需要注意:匹配时采用高q值元件(>100,在期望频率下)对获得最佳的原型和产品性能至关重要,并推荐使用murata gjm1555系列(或等效电路)。

概要

作为rf功率放大器,在pc板布局过程中,max2235是否能够获得最佳性能取决于细致而周密的电路布局。在构建第一个原型之前,需要全面考虑以下事项。
级间匹配 vcc旁路/级间匹配电容应尽可能靠近ic引脚(引脚3、5、8和9)放置,并在调试过程中允许调整位置。采用高q值元件可以获得最佳性能。

vcc布线 电源布线应使不同的pa级电源线间隔最大(耦合最小),在pc板底层采用“星形拓扑”是非常有效。vcc端接全局旁路电容。

接地 为ic各引脚提供最短、最低电感的接地通路。考虑到回流焊和ic底部裸焊盘的制造工艺,必须将裸焊盘接地!

输出匹配 采用高q值元件和四元件匹配,以及阻抗受控的传输线。匹配之前采用上拉电感进行谐波抑制,不会影响阻抗变换。

图5所示为上述关键特性的实施方法,图6所示为其它maxim评估板的“星形拓扑”。



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