摘要：MAX2235是三級功率放大器，工作范圍為800MHz至1000MHz，能夠為GSM和ISM設備提供高達30dBm的輸出功率。但是，實際設計中要想獲得最佳性能并不容易，前提是必須保證良好的PCB布局。本文提供了經(jīng)過驗證的電路板布局的相關實踐經(jīng)驗，有助于用戶理解功率放大器特性以及所述方法的基本原理。

概述

MAX2235是一款三級功率放大器，工作范圍為800MHz至1GHz，能夠為GSM和ISM設備提供高達30dBm的輸出功率。但是，實際應用中要想獲得最佳性能并不容易，前提是必須保證良好的PCB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的設計人員避免一些常見錯誤，從而在設計中獲得最佳性能。

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V_CC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，設計人員可以針對特定應用定制匹配電路。

為了充分利用設計的靈活性，V_CC過孔和器件引腳之間有電容，旁路電容的位置可以沿著V_CC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V_CC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)。本設計應用中選則了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。


圖1. 沿著V_CC走線調(diào)節(jié)旁路電容位置

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。這種結構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PCB底層，并且彼此之間進行適當隔離。相對于電路板內(nèi)層的電介質而言，由于采用地層隔離這些電源線，因此降低了底層V_CC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。


圖2. “星形拓撲”的元件布局

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，導致增益降低。IC向PCB地層的散熱也是通過這種物理連接實現(xiàn)的。最好設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，PCB焊盤應具有多個過孔。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)。


圖3. 裸焊盤必須接地

輸出網(wǎng)絡

現(xiàn)有的評估板在這一部分可能會誤導用戶，它是專為特定頻段設計的，沒有必要復制到其它應用中。該評估板采用30AWG導線，與引腳16至V_CC間的0Ω。Maxim目前在新型設計中不推薦輸出采用導線短接和電阻上拉的方法。相反，可采用L||C并聯(lián)上拉至V_CC，以獲得最佳性能。如果認真選取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PCB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)品性能至關重要，并推薦使用Murata GJM1555系列(或等效電路)。


圖4. 具有高Q值的電感和電容四元件輸出匹配

概要

作為RF功率放大器，在PCB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。在構建第一個原型之前，需要全面考慮以下事項。

級間匹配 V_CC旁路/級間匹配電容應盡可能靠近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。

V_CC布線 電源布線應使不同的PA級電源線間隔最大(耦合最小)，在PCB底層采用“星形拓撲”是非常有效。V_CC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所示為上述關鍵特性的實施方法，圖6所示為其它Maxim評估板的“星形拓撲”。


圖5. 在構建第一個原型之前，所考慮的主要事項的實施方法


圖6. Maxim評估板的“星形拓撲”