כיצד להחדיר כוח מגבר למכשירים אלקטרוניקה קומפקטיים

דחיפה חסרת פשרות כלפי אלקטרוניקה צרכנית קטנה יותר, יותר מתכונת אלקטרוניקה מקובצת דרישות חסרות תקדים בקהילה ההנדסית.בין תת-מערכת המאתגרת ביותר למיניסטריט הם מגברי חשמל (PAs), אשר חייבים לספק אותות נקיים, בעלי עוצמה גבוהה, תוך הפעלתם בתוך מחסנים מתכווץ ותקציבים תרמיים קפדניים.מדרים בלבוש אלחוטיים ועד אודיו נאמנות גבוהה בסמארטפונים, שילוב הרש"פ"פ דורש שילוב יעיל של טכניקות ניהול מעגליות, ואסטרטגיות מתקדמות, ושילוב יעיל, ושילוב של פורמטים, ומעבדות, ושילוב יעיל של פורמטים, ומערכת מסחר.

הבנה של Power Amplifiers for Compact Electronics

מגבר כוח הוא מעגל אלקטרוני אשר מגביר את העוצמה של אות קלט לרמה מספיק כדי להניע עומס, כגון דובר, אנטנה או מנוע. במכשירי צרכנים, שתי הקטגוריות הדומיננטיות הן הרשאות אודיו ורדיו- ⁇ (RF) הרש"פ לנהוג רמקולים וטלפונים ראשיים, בעוד RF הרש"פ מגבירה אותות לתקשורת אלחוטית, מ- Bluetooth ו-Fi-Fi ללהקות סלולריות ללא קשר למשטח הקטן, נותרת בעלת יכולת גבוהה.

כיתות מגבר ומסחר - רשמי

בחירת מעמד מגבר היא אחת ההחלטות הראשונות בעיצוב קומפקטי.כל מחלקה מציעה איזון שונה בין ליניאריות, יעילות ומורכבות:

• (FLT:0) ,AClass AigFLT:1 ; מציע ליניאריות מעולה אבל פועל ביעילות מקסימלית תיאורטית של רק 25%.המגירה הנוכחית הקבועה מייצרת חום משמעותי, מה שהופך את הכיתה לבלתי מעשי עבור רוב המכשירים הקומפקטיים המופעלים על ידי סוללות, אלא אם כן רמת הכוח נמוכה מאוד (למשל, נהגי אוזניות).
• (FLT:0) Class ABmplFLT:1 ; a נרחב בשימוש פשרות, מגברי Class AB להשיג יעילות טובה יותר (50-60% בפועל) תוך שמירה על ליניאריות טובה.הם נפוצים ביישומים אודיו לטווח בינוני כגון רמקולים ניידים ועוזרים חכמים.
• (FLT:0) DClassearFLT:1 ; הטופולוגיה הדומיננטית של היום עבור אודיו קומפקטי ויישומים RF רבים. Class D מגבר משתמשים בטכניקות מעבר כדי להשיג יעילות תיאורטית מעל 90%.שלב הפלט הוא לחלוטין על או כבוי, להפחית באופן דרסטי את הפחתת הפחתת חום מגברות.מודרניות של המחלקה משלבות תוכניות מתקדמות (למשל, PW או M) ומחזירות משוב ליניארי, המאפשרים עבור אופטיקה אופטיקה אופטית, המאפשרת, המאפשרת, המאפשרת, אופטימיזציה של אופטית, אופטימיזציה של אופטית, ואופטיקה אופטית עבור אופטית, שימוש בדרגה אופטיקה אופטיקה אופטיקה אופטיקה אופטיקה אופטיקה אופטיקה אופטית.
• (FLT:0) Class E/FigtureFLT:1 - אלה שעברו להתנצלות משמשים בעיקר ב- RF הרש"פ עבור שידור יעילות גבוהה.הם דורשים התאמה של חוסר עכבות זהה אבל יכול להגיע ליעילות מעל 80 אחוזים בתדרים של ג'יגהארץ, הכרחי להרחבת חיי הסוללה בתת-תשתיות סלולריות ו-Wi-Fi.

עבור מכשירים קומפקטיים, ההחלטה לעתים קרובות מתרוממת למחלקה D עבור אודיו ו- Class E / F (או נגזרות מהמסלול המעטפה) עבור RF.עם זאת, תדרי המעבר הגבוהים יותר בכיתה ד יכולים להציג הפרעה אלקטרומגנטית (EMI), הדורשת סינון נוסף וטיפול בפריסה - הסכם סחר שצריך לנהל במחסנים ארוזים הדוקים.

עיצוב מפתח Constraints בקומפקטית מכשירים

תוך קיצוץ הרש"פ לתוך מהנדסי מוצרים מאומנים בחלל לנווט ארבעה מגבלות הקשורות: נפח פיזי, פיזור תרמי, יעילות כוח, ושלמות אות.כל אחד מעצימים משפיע על בחירת הרכיב, ערימה PCB, ואפילו דיור מכני.

גודל פיזי וטביעת רגל

ה- PCB הבולט ביותר הוא שטח Sheer. סמארטפונים מודרניים להקצות פחות מ-200 מ"מ עבור כל מערכת שמע, כולל הרש"פ, Codec ורכיבים פסיביים. RF PAs להתחרות על נדל"ן לוח עם אנטנה, מסננים ו מודמים. כדי לעמוד במגבלות אלה, מעצבים פונים לשני התאמות עיקריות: אריזה מתקדמת ומערכת-inpackage (SiP) שילוב של שבבים ברמת השבבים מינימליים (Sip) בהשוואה ל-ipcexit) ל-copcre% כמו קובצי Cookie יחיד, כמו , כמו קובצי Cookie יחיד, כמו קובצי Cookie סטנדרטיים (S) כדי ל-copse) כדי ל-copse סטנדרטיים ל-copcstlecstlecstlecstlectomcstlefcstlefcstlecstlefcstlecstam) כדי ל-costamctomctomctomcstamcstams (S) כדי לשלב ישירות ל-uptomcstamcstamcstamcstamcstamcstamcstamcstamcto-to-

ניהול ארס

חום הוא השלכה של ביצועים ואמינות באלקטרוניקה קומפקטית.אפילו שיעור יעילות גבוהה D PA שולל חלק מכוח התפוקה שלו חום, וכי חום חייב להיות רחוק מן המתים כדי לשמור על טמפרטורות צומת מתחת לגבולות קריטיים (בדרך כלל 85-125 מעלות צלזיוס עבור הצרכנים ICs) ללא מקום עבור כיור חום גדול, מעצבים מסתמכים על:

• (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (FLT:0) קופפר שפך ומפיץ את ה- 1:1 (באמצעות שכבות נחושת משלה של PCB (לעתים קרובות המטוס הקרקע) כמפיצים חום.עבור דרישות RF בעוצמה גבוהה, מזחל נחושת ייעודי או מטבע עשויים להיות מוטבעים בדירקטוריון כדי להפיץ חום ל-Assasss המכשיר.
• (FLT:0) חומרי ממשק רתרמי (TIM) אנדרל 1) - כריות גפר או חומרי שינוי שלב שגשרים על IC ומגן מתכת יכולים או דיור.אפילו 0.2 מ"מ-THick TIM יכול להפחית באופן משמעותי את ההתנגדות התרמית בהשוואה לערער אוויר.
• (FLT:0) , crotlinglingph:1 ; חלק מהבקרים של הרש"פ לפקח על טמפרטורה צומת ולהפחית את כוח הפלט או להציג תקופות שקטות כאשר סף טמפרטורה הם מעלים, הגנה על המכשיר מבלי לדרוש חום גדול יותר.

כוח חיים סוללה וסוללות

מכשירים צרכניים מופעלים על סוללות, מה שהופך את היעילות קריטית לא רק להאריך זמן, אלא גם להגביל את החום.עבור RF הרש"פ, FLT:0envelope מעקב אחר FLT:1 (ET) הפך לטכנולוגיה אבן הפינה. ET כוח ET אספקת אלקטרוניקה מתאמת את רמת האספקה של הרש"פ באופן דינמי, בהתבסס על אמפיבי מיידי של האות RF, ומאפשר לרשות לפעול בטווח הגבוה שלה ל- 20 לינוקס של עד ל-4% יותר של , לדוגמה, ל-Q.

אותות אינטגרליות ו-EMI

המעבר המהיר הגבוה הטבוע ב- Class D אודיו PAs ו- RF PAs יכול ליצור רעש לתוך מעגלים רגישים סמוכים, משחית אותות אנלוגיים או desensitizing רדיוs. כדי לשמור על שלמות אותות, מעצבים חייבים:

• שימוש ב-FLT:0 (הכנת קרקע) 1 (FLT:1) - מטוס קרקע מוצק, נמוך, תחת הרשות הפלסטינית מונע לולאות קרקע ולהפחית פליטות קורנות.
• מעסיק (FLT:0)filteringFLT:1 - מסנני LC נמוך על פלט אודיו להסיר החלפת חפצים.חלק D צ'יפס משלב את המסנן לתוך החבילה או להשתמש בטופולוגיה סינון תפוקה הדורש רק שני קפיפונים קטנים.
• יישום (FLT:0)shieldingFLT:1 - מגן מתכת יכול מעל הרש"פ ואת הרשת הפסיבי המיידי שלה יכול להפחית את רדיו EMI עד 10–20 dB בפועל, המגן הופך לחלק מהנתיב התרמית, מרכיב כפול-רולולי לעתים קרובות שצוין בעיצוב תרמי-EMI.
• (FLT:0) גזע routing FLT:1 - לשמור על עקבות עתיריות קצרות ורחבות; להימנע מחשיפה של אנלוגיה רגישה או נמוך-לא-מחדש עקבות דיגיטליות ליד הפלט של הרש"פ, שמירה על אימפולס מבוקר (למשל, 50 ⁇ ) לאנטנה היא חיונית.

אסטרטגיות אינטגרציה וטכנולוגיות Enabling

מעבר למבחר של רכיב, אסטרטגיית האינטגרציה הכוללת קובעת האם עיצוב הרש"פ קומפקטי מצליח או נכשל.הטכניקות הבאות מועסקות על פני מוצרים מוצלחים.

Surface-Hard Technology (SMT) ו- Advanced Packaging

כמעט כל הרש"פ המודרניות מסופקות כמכשירים על פני השטח, אבל הריצוף האריזה משתנה באופן נרחב. מסורתי QFN (quad שטוח no-lead) חבילות נשאר פופולרי עבור הרש"פ אודיו כוח בינוני (עד כ 2 W) עבור שילוב גבוה יותר, מעצבים לאמץ יותר ויותר את התפוקה:0fLT ברמה גבוהה וכתוצאה מכך ביצועים של 2.5 מעלות צלזיוס, הוא גם תרכובת מעולה, אשר עשוי להיות מוטבעת 295 xd.

מודולים הרש"פ ומערכת-in-Package (SiP)

עבור מכשירים שבהם שטח לוח הוא פרמיה מוחלטת, התעשייה עברה לעבר מודולים PA מראש.מודולים אלה משלבים את המגבר מת, התאמת רשת, decoupling capaciacitors, ולפעמים המסנן לתוך חבילה אחת היתרונות כוללים זמן עיצוב מופחת, מעכבת מובטחת התאמת DSP, וקטן יותר באופן כללי. בחלל RF, Skyworks ו- Qorvo אספקה מלאה חזיתית (FSmart) כמו סלולר חיצוני, כגון: SPTN) כולל מאמת תאים בודדים, כמו גם מתואמים את ה-Fi אחוריים, ו-Fi אחוריים, ו-FDFDFDFDFDFDFDFDFDFDSP, כמו גם כן, ו-Fer, ו-FDFS, ו-Fer, ו-FDFDFDFDFDSP, באופן דומה, באופן דומה, ו-FDFDSP, באופן כללי יותר, באופן דומה, באופן דומה, באופן דומה, ו-FDSP, ו-FDSP כולל מספר קטן יותר ויותר נמוך יותר, כמו גם מאמת את התקני בקרה, ו-SAPSAPS.

Multilayer PCB Design for Space and Performance

(ב) רב-שכבות מעוצבות היטב הוא הבסיס של כל שילוב קומפקטי של הרש"פ. טיפוסי 4-6-layer מחסנים מספקים כוח ייעודי ומטוסי קרקע, אשר מפחיתים את החדירה ולשפר את התפשטות תרמית.עבור אודיו הרש"פ, תוך ניתוק את עקבות התפוקה היישר על גבי שכבת שטח העליון עם מטוס מוצק ישירות מתחת למינימום של שדות אלקטרוניקה ורדיו.

עיצוב קו-עיצוב עם שיכון מכני

ניהול תרמי יעיל אינו עוצר ב- PCB.הסגרה המכנית של המכשיר ניתן למנף כנתיב דחיית חום.לדוגמה, טלפונים חכמים רבים משתמשים בגליון גרפיט או תא אדפור דק כדי להפיץ חום מהרשות לרמה בינונית או במקרה של מתכת.מהנדסים חייבים לאפיין את ההתנגדות התרמית מן הצומת PA ועד עובי (RFreave:0 ⁇ Falph) באמצעות דינמיקה של מתכת (DIM) מוקדם, כולל רכיבי סימולציה תרמית (RPT) כגון סוללות).

תגית: Power Amplifiers in סמארטפונים Audio

סמארטפונים מייצגים את הדוגמה הקיצונית ביותר של שילוב הרש"פ קומפקטי במהלך העשור האחרון, את האבולוציה של מגבר נפרד ICs לשלב "מגבר חכם" שיפרה באופן דרמטי איכות הקול תוך הקטנת גודל הפתרון.טלפון מודרני טיפוסי משתמש מגבר חכם מסוג D יחיד המשלב ממשק אודיו דיגיטלי (I2S או SoundWire), DSP להגנה על רמקולים, ממיר (כדי להעלות את המתח מ- V2 ל-D2, פחות מ-D) ו-D.

אלגוריתמי הגנת הדוברים מונעים DSP הם פריצת דרך: הם מנתחים את הסיור, הטמפרטורה, ואת קוהר הקול coil עכב בזמן אמת ותואמים את המתח של המגבר ואת הזרם למנוע נזק תוך מיקסום בקול רם.זה מאפשר שימוש בספקים קטנים וקלים יותר ללא רמקולים של LTE או חברות כמו טקסס מכשירים (A2017) ולוגיקה (LFP) (35 אספקת מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"ל מאפשר מעקב אחר נפח LTEC רק שימוש ב-Q2.com עם נפח או חברות ניהול קוד פתוח"ל רק באמצעות שימוש ב-T מכיל רק ב-T.

מגמות מתפתחות וכיוונים עתידיים

מספר טכנולוגיות מתפתחות מבטיחות לכווץ עוד יותר את האינטגרציה של הרש"פ תוך הגדלת הביצועים. Gallium nitride (GaN) amplifiersFLT:1, המשמש באופן מסורתי בתחנות בסיס כוח גבוהה, הם עכשיו ממוסחרים עבור יישומי RF צרכניים. GaN מציעה מתח התמוטטות גבוה יותר ודחיסות כוח מאשר GaAs, המאפשר הרש"פ אחת לכסות תדירות מרובים עם פחות חום.

(FLT:0Digital-to-mplifier (DAC-PA) אינטגרציה 1LT:1 מבטל את הקודק נפרד ואת הקשר האנלוגי, צמצום שטח לוח ושיפור חסינות רעש. כמה ספקים קוד אודיו מטביעים את שלב הפלט D של הכיתה ישירות לתוך שבב DAC, יצירת מערכת אודיו יחיד-כיפוף אמיתי, עבור RF, מושג של "תוכנות זדוניות" שניתן לדרגתיים דיגיטליים ו- IRMD.

(FLT:0) טכניקות קירור של HybridureFLT:1, כגון קירור דו-פפז באמצעות תאי אדפור דקים או סרטים גרפן, מתחילים להופיע בסמארטפונים ובישוליים.פתרונות פסיביים אלה יכולים להפיץ חום יעיל יותר מאשר נחושת מוצקה, המאפשרים לרש"פ לפעול ברמות כוח גבוהות יותר ללא מגבלות תרמיות גבוהות יותר.

מסקנה

הגדלת כוח מגבר למכשירים אלקטרוניים קומפקטיים היא אתגר הנדסי רב פנים שנוגע לכל שכבת עיצוב המוצר - מפיזיקה למחצה וטופולוגיה מעגלית לפריסת PCB ומכניקה תרמית.הצלחה דורשת גישה הוליסטית שמשנהתנת את הגודל, חום, יעילות ושלמות האותות.על ידי מינוף D ומעטפה לפתרונות, אריזה מתקדמת (FLP, SiP), אינטליגנציה תרמית, ומהנדסים גמישים, כמו גם אינטגרציה יעילה יותר, עם אינטגרטיבית של המערכת החיסונית, ממשיכה לספק אינטגרטיבית יותר, עם אינטגרטיבית של אינטגרטיבית חזקה יותר, עם אינטגרטיבית של ניהולית של המערכת החיסונית, וחדשנות משולבת חזקה יותר, וחדשנות גמישה, עם , וחדשנות גמישה, מאפשרת, עם אינטגרטיבית יותר, עם אינטגרטיבית יותר, עם אינטגרטיבית יותר, עם אינטגרטיבית של מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה, עם אינטגרטיבית יותר, עם קומפקטית חזקה יותר, עם ביצועים גמישה, גמישה, גמישה, עם אינטגרטיבית יותר, ממשיכה, עם אינטגרטיבית של מערכת ההפעלה של מערכת הפעלה גמישה, מאפשרת, עם אינטגרטיבית חזקה יותר, ממשיכה, ממשיכה, עם אינטגר