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通過評估板實現完整的無線系統信號鏈

電子設計 ? 來源:郭婷 ? 作者:電子設計 ? 2019-02-06 10:40 ? 次閱讀

無論您是需要檢查新的嵌入式天線,天線開關,RF功率放大器還是更復雜的放大器,組件供應商提供的評估板和開發套件都可以快速,低成本地評估各種選項或在進行完整設計之前創建概念驗證解決方案。選擇范圍還可以滿足預算緊張的需求,從而使開發成本盡可能低。通過評估板,您可以實現從天線到收發器的完整無線系統信號鏈,甚至可以將該子系統鏈接到主機系統。

低成本評估板通常是相當小的子系統,通常是安裝有組件的小型電路板,以及用于電源和信號輸入和輸出的幾個連接器。一些電路板還包括一個小型原型設計區域,以便設計人員定制他們的解決方案。對于開發板上更復雜的電路尤其如此。這些電路板往往提供許多選項,使設計人員在開發解決方案時具有很大的靈活性。

讓我們看看從天線到收發器的無線信號路徑的一些評估/開發套件選項。即使是簡單的無源設備(如可嵌入天線)也需要評估板來更好地確定天線在其使用的系統中的反應方式。 Antenova,Ethertronics,Laird,Pulse Finland和Taoglas都為其天線提供了簡單的開發板。 Antenova的Mica 2.4 GHz SMD天線面向藍牙Wi-FiZigBee,以及2.3和2.5 GHz的WiMAX以及WiBro。在天線下方具有適當接地平面的簡單評估板可使天線提供最佳輻射方向圖(圖1a)。 Ethertronics提供多種評估選項,Savvi是嵌入式陶瓷天線,針對2.4至2.5和4.9至5.8 GHz頻段的802.11a/b/g應用的無線局域網(圖1b,左),而Prestta是標準的penta用于850/9001800/1900/2100 MHz頻段的蜂窩系統的帶狀嵌入式天線(圖1b,右)。兩個評估板都是簡單的設計,只包括安裝在地平面上的天線和連接到系統其余部分的小型RF連接器。這兩款天線均采用該公司獨立的磁偶極子技術,有助于保持天線尺寸小,并最大限度地減少失諧,無論使用位置如何。

針對藍牙和802.11應用,萊爾德科技的BlackChip?表面貼裝天線采用小型表面貼裝封裝,安裝在小型印刷電路板上(圖1c)。該天線可以在2.4至2.5 GHz,5.5至5.35 GHz和5.7 GHz的頻段上工作。對于工作頻率為1,575 GHz的全球定位系統,兩個緊湊型天線,一個來自Pulse Finland,另一個來自Taoglas,尺寸為10 x 3.2 x 4 mm和25 x 25 x 4 mm。雖然沒有按比例顯示,但公司評估板上的脈沖天線(圖1d,左圖)消耗的面積不到Taoglas天線的一半(圖1d,右圖)。

圖1:天線評估板的設計相對簡單,如Antenova(a),Ethertronics(左 - Savvi,右 - Prestta),Laird(c)和Pulse Electronics(d)都展示了。

天線與系統其余部分之間的信號通常通過開關進行路由,該開關為多頻段天線或無線系統中的不同無線電之間提供頻段選擇。 μPD5902T7K是CMOS高功率SPDT(單刀雙擲)開關,針對GSM和UMTS/LTE主天線開關,功率電平高達+35 dBm。該芯片來自CEL,安裝在一個簡單的電路板上,該電路板有三個RF連接器和幾個電源引腳(圖2a)。 Peregrine Semiconductor提供多種開關選項,利用其UltraCMOS工藝生產SPDT開關,如用于CATV,數字電視,多調諧器DVR,機頂盒和游戲機市場的PE43742,并推出PR42430 SP3T RF開關無線局域網和藍牙,跨越0.1至3 GHz頻率范圍(圖2b,左側和圖2b,右側)。

圖2:此處所示的RF開關是CEL(a)的SPDT電路,Peregrine Semiconductor的SPDT開關(b,左),公司的SP3T開關(b,右),基于Skyworks HEMT的開關,可處理20 MHz在SPDT配置中為2.5 GHz(c,左)和帶寬為100 MHz至6 GHz(c,右)的DPDT版本。

為了處理更高功率的應用,在砷化鎵中使用p溝道HEMT(高電子遷移率晶體管)器件實現的開關電路可以在20 MHz至2.5 GHz的頻帶內處理10 W。其中一款產品,Skyworks Solutions的SKY13290-313LF采用SPDT配置,采用小型2 x 3 mm,6觸點四方扁平封裝,安裝在小型電路板上進行評估(圖2c,左) )。該公司的另一款pHEMT產品SKY13355-374LF工作在0.1至6 GHz頻段,采用DPDT配置。當安裝在評估板的中心時,微小的1.5mm2表面貼裝封裝幾乎不可見(圖2c,右圖)。

作為信號路徑的一部分,通常插入數字衰減器來控制信號強度。霍尼韋爾提供的這種設備HRF-AT4610可在DC至4 GHz范圍內工作,并使用6位數字控制代碼逐步衰減信號,范圍為0.5至31.5 dB。該器件采用絕緣體上硅CMOS工藝實現,在1 GHz時的插入損耗僅為2.5 dB,在2.5 GHz時的插入損耗為3 dB。霍尼韋爾的評估板設計簡單,芯片位于中心位置,數字輸入和電源連接沿電路板頂部延伸(圖3)。

圖3:數字控制衰減器,霍尼韋爾HRF-AT4610,使用6位輸入,以0.5 dB的步長控制0.5至31.5 dB的衰減。

進一步深入信號鏈,您通常會遇到的下一個模塊是發送側的功率放大器,以及接收側的低噪聲和基本放大器。針對蜂窩基礎設施,雙向私有無線電和寬帶放大器,RF功率晶體管(如Cree的CGH40006)采用陶瓷或塑料表面貼裝封裝。 HEMT器件采用氮化鎵(GaN)制造,效率高,在2 GHz時提供13 dB的小信號增益,在6 GHz時提供11 dB的信號增益。 Cree提供的評估板提供基本的功率放大器布局,晶體管支持必要的偏置和旁路元件,3 x 3 mm封裝位于輸入和輸出端口之間的死點(圖4a)。

Hittite Microwave提供整套功率放大器。 HMC580ST89 MMIC基于銦鎵磷化物異質結雙極晶體管(InGaP HBT),帶寬為DC至1 GHz,增益為22 dB。該器件的評估板布局簡單,放大器位于輸入和輸出連接器之間,并且布局針對900 MHz工作進行了優化(圖4b)。在信號鏈的接收端,或作為輸出級的驅動器,Hittiite低噪聲放大器(LNA),HMC564LC4 MMIC,針對點對點無線電,軍事和太空中的7至14 GHz頻段和其他應用程序。基于pHEMT GaAs器件,該放大器在7至14 GHz頻率范圍內的噪聲系數僅為1.8 dB(典型值)和17 dB的小信號增益。評估板在放大器與輸入和輸出端口之間有大的接地層和帶狀線連接(圖4c)。

圖4:功率放大器需要大的接地層和良好的散熱,因為Cree(a),Hittite Microwave(b),Hittite低噪聲放大器(c)以及RFMD(d)的功率放大器的評估板都說明了這一點。

RFMD的RFHA1000和RF3931功率放大器采用GaN HEMT器件實現,可提供15和30 W.RFHA1000可在50 MHz至1 GHz頻段上運行,而RF3931可提供更寬的DC至3.5 GHz工作帶寬。另一個放大器NBB-400具有DC至8 GHz帶寬,并通過結合InGaP HBT和GaAs HEMT來制造寬帶寬,以制造MMIC放大器,在2 GHz時提供15 dB增益,在6 GHz時提供14.6 dB增益。放大器的評估板將器件安裝在輸入和輸出端口與重型接地層之間,從而為放大器的輸入和輸出提供屏蔽和匹配阻抗(圖4d)。

對于更復雜的電路,還有更大的開發板和評估套件可用于檢查下變頻混頻器,對數檢波器,ISM頻段收發器和許多其他功能等功能。

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