合理選擇電容器可解決基站設計問題
發布時間:2019-07-16 責任編輯:xueqi
【導讀】隨著使用頻帶的高頻化、尺寸的小型化,基站設計越發受到有限的基板空間上可搭載的元件數量及尺寸的製約、元件使用溫度的製約等方麵的影響,以下分享通過合理選擇電容器來解決基站設計麵臨的問題。
村田製作所為解決此類問題,將小型且具有優良高頻特性的電容器、減少搭載元件數量的電容器以及可保證高溫的電容器新增到產品陣容。

PA周邊超過125℃。即使是在高溫環境下也能使用的電容器

基站用PA由於電路基板和元件發熱產生高溫。特別是放大晶體管發熱尤其厲害,安裝在其周圍的DC截止用、匹配用電容器也經受高溫。此外,接受放大電力的電容器本身放熱也升高。
傳統對策及其界限
作為DC截止用、匹配用電容器使用的多數High-Q電容器的使用溫度上限是125℃。因此,利用散熱器設計等放熱方法來降低周圍溫度,通過改變DC截止用電容器的使用方法和抑製電容器本身發熱,使125℃保證的電容器能夠正常使用。

但是,近年來隨著Multiple-Output化(Tx增加)加(jia)速(su),一(yi)方(fang)麵(mian)元(yuan)件(jian)數(shu)量(liang)增(zeng)加(jia),而(er)由(you)於(yu)基(ji)站(zhan)尺(chi)寸(cun)小(xiao)型(xing)化(hua),散(san)熱(re)器(qi)等(deng)散(san)熱(re)對(dui)策(ce)可(ke)用(yong)的(de)空(kong)間(jian)越(yue)來(lai)越(yue)少(shao)。使(shi)用(yong)頻(pin)帶(dai)的(de)進(jin)一(yi)度(du)高(gao)頻(pin)化(hua),元(yuan)件(jian)發(fa)熱(re)進(jin)一(yi)步(bu)增(zeng)大(da),將(jiang)電(dian)容(rong)器(qi)周(zhou)邊(bian)溫(wen)度(du)和(he)自(zi)身(shen)發(fa)熱(re)抑(yi)製(zhi)在(zai)125℃,在電路設計上的製約案例中變得尤為顯著。
村田製作所的High-Q電容器,除傳統125℃保證品(C0G特性),又將150℃保證品(X8G特性)新增到產品陣容。通過降低DC截止用、匹配用電容器周邊溫度的製約,可提高設計自由度。

即使小型·低容量也可改善高頻Q值

隨著基站用PAMultiple-Output化(Tx的增加),安an裝zhuang元yuan件jian數shu量liang增zeng加jia,另ling一yi方fang麵mian設she備bei尺chi寸cun則ze要yao求qiu和he原yuan先xian一yi樣yang或huo者zhe更geng加jia小xiao型xing化hua,因yin此ci電dian路lu基ji板ban的de高gao密mi度du化hua就jiu變bian得de越yue發fa重zhong要yao。匹pi配pei用yong電dian容rong器qi尺chi寸cun變bian小xiao自zi然ran不bu錯cuo,但dan是shi一yi般ban來lai說shuo,尺chi寸cun小xiao的de電dian容rong器qiQ值變低,額定電壓也變低。此外,因為頻帶越高Q值越低,所以盡可能選擇Q值高的電容器,但以高頻標準選擇的靜電容量小的電容器,在構造上、High-Q規格上與標準規格相比,很難獲得Q值的改善效果。

村田製作所的High-Q電容器除傳統的0603尺寸外,還新增0402尺寸到產品陣容。通過獨創的構造、材料,即使靜電容量值很低,與標準規格產品(GRM係列)相比,也可實現高Q值。因兼具匹配用電容器的小型化和高Q值,有助於實現高頻PA電路設計的高密度化。


充分利用有限的基板麵積。雙層疊加高容量電容器

伴隨著基站PA用GaN高頻大電力晶體管的普及,與傳統的Si LDMOS晶體管相比,大電力化、高溫動作對應、高速(高頻)工作對應等PA性能顯著提升。晶體管性能提升的同時,這也意味著周邊元件需要具有更加嚴酷的使用環境耐性。
要怎樣抑製陶瓷電容器的占有麵積
為使PA動作穩定,使用環境變化對於選擇大靜電容量所需要的Vdrain的晶體管用電容器產生很大的影響。
電解電容器具有每個都能獲得大的靜電容量的好處,但因在類似基站PA這樣的高溫、在長時間連續工作的環境下存在可靠性方麵的風險,所以不受歡迎。現在Vdrain的晶體管用電容器多采用通過將10~20個1210尺寸的多層陶瓷電容器(125℃保證、50Vdc~100Vdc、4.7uF~10uF)並列連接,保證靜電容量的設計。
但是近幾年,通過使用GaN晶體管使大電壓工作成為可能,設計出漏極電壓從28V提升至48V也ye能neng工gong作zuo的de產chan品pin。高gao介jie電dian質zhi常chang數shu的de陶tao瓷ci電dian容rong器qi隨sui著zhe施shi加jia電dian流liu增zeng大da,具ju有you靜jing電dian容rong量liang的de實shi效xiao值zhi變bian低di的de特te性xing,所suo以yi為wei了le確que保bao靜jing電dian容rong量liang,必bi須xu增zeng加jia並bing聯lian連lian接jie電dian容rong器qi。一yi方fang麵mian,由you於yuMultiple-Output化,安裝元件數量增加,去耦用電容器的占用麵積反倒需要減少。

村田製作所將通過使用雙層疊加MLCC,獲得小占用麵積大靜電容量的帶有金屬端子的電容器增至產品陣容。大型(2220)尺chi寸cun的de片pian狀zhuang多duo層ceng陶tao瓷ci電dian容rong器qi可ke以yi不bu用yong擔dan心xin由you於yu機ji械xie壓ya力li產chan生sheng的de裂lie紋wen和he溫wen度du循xun環huan產chan生sheng的de焊han接jie裂lie紋wen。通tong過guo金jin屬shu端duan子zi吸xi收shou壓ya力li,成cheng功gong將jiang風feng險xian控kong製zhi到dao超chao小xiao。通tong過guo實shi現xian晶jing體ti管guanVdrain去耦用電容器節省空間和大容量的特性,能夠提高設計的自由度。

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