Ten,
kdo se nějakou dobu zabýval radioelektronikou mi jistě dá za pravdu, že navrhnout
a vytvořit opravdu kvalitní výkonový zesilovač pro vysoké nosné kmitočty není
vůbec jednoduché a čím je frekvence vyšší tím obtížnější je to úkol. Jak tedy
vytvořit zesilovač na kmitočtech jednotek GHz například pro bezdrátovou síť
WLAN (WiFi)? Lze k tomu použít výkonové zesilovače v nabídce společnosti Freescale
Semiconductor,
poskytující zisk a výstupní výkon téměř na hranici 30dB, resp. 30 dBm. Protože
i přesto není úplně jednoduché navrhnout vhodnou desku plošných spojů (DPS),
protože zde již i malé odpory a kapacity cest mají velký vliv na signál, je
v datasheetu každé součástky i návod, jak by měla vhodná DPS vypadat.
Pro frekvence jednotek GHz nelze již také použít běžnou konstrukci bipolárních či unipolárních tranzistorů, protože ty buď nevyhovují frekvenční závislostí (odezvou), nebo mají nevhodné vstupní a výstupní odpory a kapacity. K tomuto účelu však dobře vyhovuje tzv. heterogenní struktura (konstrukce) bipolárního tranzistoru označená jako HBT (Heterojunction Bipolar Transistor Technology) tvořená materiály Indium, Galium, fosfor. Dohromady tak označují tranzistor jako InGaP HBT. Z těchto tranzistorů jsou pak složeny i následující integrované zesilovače MMG2401 a MMG5004.
WLAN IEEE802.11g zesilovač MMG2401
Zesilovač
MMG2401NR2 pro bezdrátové lokální sítě WLAN společnosti Freescale, umožňuje
snadnou realizaci zesílení signálu WiFi sítí standardu IEEE802.11g pracující
s kmitočtem 2.4 GHz ve volném ISM pásmu jen s pomocí jednoho integrovaného zesilovače
tvořeného heterogenními bipolárními tranzistory HBT a několika kondenzátorů.
Hodnoty odporů na těchto vysokých frekvencích (nad 1 GHz) již od rezistorů přebírají
impedance vodivé cesty určitých přesných rozměrů. Zde se totiž již silně uplatňuje
vliv parazitní kapacity a impedance. Z tohoto pohledu je tak vhodné dodržet
níže uvedené hodnoty impedancí ve schématu označené jako Z1 a Z2, tedy přesněji
rozměry "proužků" 2.5 x 13.4875 mm (0.1" x 0.5395") vodivých
cest desky plošných spojů s tloušťkou 12.5 mikrometrů a relativní kapacitou
εr = 3.8, i hodnot SMD kondenzátorů C1
až C15 a jedné cívky (indukčnosti) L1. Napájení obvodu je typicky 3.3 V DC,
ale obvod "vydrží" napětí až 5 V.
Samotný integrovaný zesilovač je tvořen dvěma zesilovacími stupni (stage 1 a stage 2) s již zmíněnými HBT tranzistory, přičemž každý má přivedené svoje základní napájení VB1 a VB2 a napájení kolektorů (VCC1 a VCC2). Společné celému zesilovači je pak řídící napětí VBIAS. Vstup RFin je pak stejnosměrně zkratován k zemnící svorce a kapacitně propojen se vstupem prvního zesilovacího stupně. Výkonový výstup RFout z druhého zesilovacího stupně je pak stejnosměrně propojen s napájecím napětí a měl by tak být stejnosměrně blokován sériově zapojeným kondenzátorem. Napěťový výstup VOUT slouží k bezproblémovému připojení měřiče pro potřeby měření či indikace výstupního napětí zesilovače. Rozdíl napětí VOUT a výstupního referenčního napětí VREF (tj. VOUT - VREF) je pak užitečný pro sledování závislosti změny výstupního napětí na změně okolní teploty. Nakonec centrální zemnící svorka GND je připojena jak k stejnosměrné napájecí zemi, tak střídavé signálové.
Základní vlastnosti (při VCC = 3.3V, VB1 = VB2 = 2.9 V, VBIAS = 3 V):
|
  |
Výrobcem doporučené použití a zapojení integrovaného zesilovače pro WiFi / WLAN IEEE802.11g (vlevo) a vhodné provedení DPS Getek ML200M (0.005", εr = 3.8)
Součástka |
Hodnota součástky |
Freescalem doporučený výrobce |
Freescalem doporučený typ |
C1, C6 |
1 mikroF |
AVX |
12065A105JAT2A |
C2, C7 |
0.1 mikroF |
AVX |
12065A104JAT2A |
C3, C8 |
0.01 mikroF |
AVX |
12065A103JAT2A |
C4, C9, C11, C12 |
100 pF |
AVX |
08055A101FAT2A |
C5, C10, C13, C14, C15 |
20 pF |
AVX |
12065A200CAT2A |
L1 |
7.5 nH |
Coilcraft |
0402CS-7N5XJBC |
Z1, Z2 |
2.54 x 13.7033 mm (0.1" x 0.5395") Microstrip |
Getek |
DPS Getek ML200M |
Hodnoty součástek uvedených ve schématu a Freescalem doporučený typ a výrobce
WLAN IEEE802.11a zesilovač MMG5004
Zesilovač
MMG5004N společnosti Freescale pak proti předchozímu modelu slouží pro bezdrátové
WLAN sítě standardu IEEE802.11a pracující s nosnou frekvencí 5 GHz. Doplněný
o 11 kondenzátorů C1 až C11 a 5 impedancí Z1 až Z5 opět realizovaných jako vodivé
cesty určitých přesných rozměrů. Z tohoto pohledu je výroba DPS daleko složitější
než v prvém případě u obvodu MMG2401. Impedance ("proužky") označené
jako Z1 až Z5, mají různé rozměry vodivých cest desky plošných spojů s tloušťkou
12.5 mikrometrů a relativní kapacitou εr = 3.8
(viz rozpis níže). Kondenzátory C1 až C11 jsou opět v provedení SMD a již se
v zapojení neobjevuje cívka. Napájení obvodu je 3.3 V DC.
Samotný integrovaný zesilovač opět využívá technologii heterogenních bipolárních tranzistorů HBT z InGaP, ale tentokrát jej tvoří již tři zesilovací stupně (stage 1, stage 2 a stage 3), přičemž každý má opět přivedené svoje řídící napětí VB1, VB2 a VB3 (Bias current control voltage) a napětí k napájení kolektorů (VCC1, VCC2 a VCC3). Výsledkem je tedy zesílení až 24 dB na 5.25 GHz. Společné celému zesilovači je pak vychylovací napětí Vbias. Jinak signálový vstup RFin je stejně jako v prvním případě stejnosměrně zkratován k zemnící svorce a kapacitně propojen se vstupem prvního zesilovacího stupně a signálový výkonový výstup RFout z třetího zesilovacího stupně je také stejnosměrně propojen s napájecím napětí a měl by tak být stejnosměrně blokován sériově zapojeným kondenzátorem. Přítomné napěťové výstupy VOUT a VREF mají stejnou funkci jako u obvodu MMG2400. Centrální zemnící svorka GND je opět připojena jak ke stejnosměrné napájecí zemi, tak střídavé signálové.
Základní vlastnosti (při VCC = 3.3V, VB1 = VB2 = VB3 = 2.8 V, VBIAS = 3 V):
|
 |
Výrobcem doporučené použití a zapojení integrovaného zesilovače MMG5004N pro WLAN IEEE802.11a (vlevo) a vhodné provedení DPS Getek ML200M (0.005", εr = 3.8)
Součástka |
Hodnota součástky |
Freescalem doporučený výrobce |
Freescalem doporučený typ |
C1, C3, C5 |
100 pF |
AVX |
08055A101FAT2A |
C2, C4, C6 |
1 mikroF |
AVX |
12065A105JAT2A |
C7, C8, C9 |
27 pF |
AVX |
06035A270FAT2A |
C10 |
0.7 pF |
AVX |
04025J0R788W |
C11 |
11 pF |
AVX |
06035A220FAT2A |
Z1 |
0.254 x 14.122 mm (0.010” x 0.556”) Microstrip |
Getek |
Getek ML200M |
Z2 |
0.254 x 10.287 mm (0.010” x 0.405”) Microstrip |
Getek |
Getek ML200M |
Z3 |
0.254 x 2.692 mm (0.010” x 0.106”) Microstrip |
Getek |
Getek ML200M |
Z4 |
0.1016 x 8.382 mm (0.004” x 0.330”) Microstrip |
Getek |
Getek ML200M |
Hodnoty součástek uvedených ve schématu a Freescalem doporučený typ a výrobce
Závěr
Integrované výkonové WLAN zesilovače Freescale jsou jednou z možností, jak
je možné WiFi signál zesílit před jeho vysláním anténou například AP jednotky
nebo realizovat opakovač pro prodloužení dosahu vysílače. Pro další bližší informace
o WLAN zesilovačích odkazuji na stránku Freescalu
http://www.freescale.com/webapp/sps/site/taxonomy.jsp?nodeId=01J4Fs48456858.
Antonín Vojáček
DOWNLOAD & Odkazy
- Domovská stránka firmy Freescale, výrobce integrovaných obvodů pro řízení motorů - www.freescale.com
- Domovská stránka české pobočky firmy Freescale - www.freescale.com/webapp/sps/site/homepage.jsp
- Přímý odkaz na stránku popisující WLAN zesilovač Freescale MMG2401 - http://www.freescale.com/webapp/sps/site/prod_summary.jsp?code=MMG2401N
- Přímý odkaz na stránku popisující WLAN zesilovač Freescale MMG5004 - http://www.freescale.com/webapp/sps/site/prod_summary.jsp?code=MMG5004NR2
Komentáře
uf,
autor zkopirovat datasheet, tot vse. Bez skutecnych dat se zda clanek bezceny. Vypadly parametry jako EVM ci ASPR, ktere jsou pro linearni modulace zakladni ukazatel kvality. Mj. technologie HBT nedovoluje pouzit vyssi napeti, tedy i vetsi vykon, ci vykonovou rezervu pro cip. Vcelku vzato, cely tento cip je picovina, freenscale neumi delat cipy pro mikrovlnne aplikace.