【设计秘诀】通过电容器选择解决基站设计

随着使用频带的高频化、尺寸的小型化,基站设计越发受到有限的基板空间上可搭载的元件数量及尺寸的制约、元件使用温度的制约等方面的影响,,该怎样妥善处理这些?

村田制作所为解决此类问题,将小型且具有优良高频特性的电容器、减少搭载元件数量的电容器以及可保证高温的电容器新增到产品阵容。

电容

PA周边超过125℃。即使是在高温环境下也能使用的电容器

150℃保证High-Q电容器

基站用PA由于电路基板和元件发热产生高温。特别是放大晶体管发热尤其厉害,安装在其周围的DC截止用、匹配用电容器也经受高温。此外,接受放大电力的电容器本身放热也升高。

传统对策及其界限

作为DC截止用、匹配用电容器使用的多数High-Q电容器的使用温度上限是125℃。因此,利用散热器设计等放热方法来降低周围温度,通过改变DC截止用电容器的使用方法和抑制电容器本身发热,使125℃保证的电容器能够正常使用。

电容器的使用温度

但是,近年来随着Multiple-Output化(Tx增加)加速,一方面元件数量增加,而由于基站尺寸小型化,散热器等散热对策可用的空间越来越少。使用频带的进一度高频化,元件发热进一步增大,将电容器周边温度和自身发热抑制在125℃,在电路设计上的制约案例中变得尤为显著。
 

村田制作所的High-Q电容器,除传统125℃保证品(C0G特性),又将150℃保证品(X8G特性)新增到产品阵容。通过降低DC截止用、匹配用电容器周边温度的制约,可提高设计自由度。

村田制作所的High-Q电容器,除传统125℃保证品(C0G特性)

即使小型·低容量也可改善高频Q值

0402尺寸High-Q电容器 GQM系列   匹配用

随着基站用PAMultiple-Output化(Tx的增加),安装元件数量增加,另一方面设备尺寸则要求和原先一样或者更加小型化,因此电路基板的高密度化就变得越发重要。匹配用电容器尺寸变小自然不错,但是一般来说,尺寸小的电容器Q值变低,额定电压也变低。此外,因为频带越高Q值越低,所以尽可能选择Q值高的电容器,但以高频标准选择的静电容量小的电容器,在构造上、High-Q规格上与标准规格相比,很难获得Q值的改善效果。

用于PA匹配的静电容量

村田制作所的High-Q电容器除传统的0603尺寸外,还新增0402尺寸到产品阵容。通过独创的构造、材料,即使静电容量值很低,与标准规格产品(GRM系列)相比,也可实现高Q值。因兼具匹配用电容器的小型化和高Q值,有助于实现高频PA电路设计的高密度化。

1.5pf产品上的比较

 

0402尺寸High-Q电容器

充分利用有限的基板面积。双层叠加高容量电容器

KRM系列

 

伴随着基站PA用GaN高频大电力晶体管的普及,与传统的Si LDMOS晶体管相比,大电力化、高温动作对应、高速(高频)工作对应等PA性能显著提升。晶体管性能提升的同时,这也意味着周边元件需要具有更加严酷的使用环境耐性。

要怎样抑制陶瓷电容器的占有面积

为使PA动作稳定,使用环境变化对于选择大静电容量所需要的Vdrain的晶体管用电容器产生很大的影响。

电解电容器具有每个都能获得大的静电容量的好处,但因在类似基站PA这样的高温、在长时间连续工作的环境下存在可靠性方面的风险,所以不受欢迎。现在Vdrain的晶体管用电容器多采用通过将10~20个1210尺寸的多层陶瓷电容器(125℃保证、50Vdc~100Vdc、4.7uF~10uF)并列连接,保证静电容量的设计。

但是近几年,通过使用GaN晶体管使大电压工作成为可能,设计出漏极电压从28V提升至48V也能工作的产品。高介电质常数的陶瓷电容器随着施加电流增大,具有静电容量的实效值变低的特性,所以为了确保静电容量,必须增加并联连接电容器。一方面,由于Multiple-Output化,安装元件数量增加,去耦用电容器的占用面积反倒需要减少。

并联使用通用型贴片陶瓷电容器

村田制作所将通过使用双层叠加MLCC,获得小占用面积大静电容量的带有金属端子的电容器增至产品阵容。大型(2220)尺寸的片状多层陶瓷电容器可以不用担心由于机械压力产生的裂纹和温度循环产生的焊接裂纹。通过金属端子吸收压力,成功将风险控制到最小。通过实现晶体管Vdrain去耦用电容器节省空间和大容量的特性,能够提高设计的自由度。

MLCC的优势

 

KRM系列品名一览

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