Sürekli olarak daha küçük, daha fazla özellik paketi tüketici elektronikleri mühendislik topluluğunda eşi benzeri olmayan talepleri yerine getirdi.En zorlu alt sistemler arasında, yarı iletken seçimi, devre üstoloji, termal yönetimi ve yönetim kurulu üst düzey bir düzen sağlamalı.Bu makale, bu entegrasyon için pratik bir kılavuz sunuyor, akıllı telefonlarda yüksek sadakatli sesin entegrasyonu, modern entegrasyon tasarımları ve gerçek dünya örneklerini bütünleştirerek, yarı iletken seçiminin dikkatli bir orkestrası gerektirir.

Kompakt Elektronik için Güç Ampilitelerini Anlamak

Bir güç yükselticisi, giriş sinyalinin gücünü kablosuz iletişim için yeterli bir seviyeye yükselten elektronik bir devredir, bir konuşmacı, anten veya motor gibi. Tüketici cihazlarda, iki baskın kategori aynı kalır: küçük bir ayak izi ile yüksek ses PA'lar. Audio PAs sürücü konuşmacılar ve kulaklıklar, RF PA'lar kablosuz iletişim için sinyalleri artırıyorken, Bluetooth ve Wi-Fi'den gelen gruplara kadar.

Amplifier Sınıfları ve Onların Ticaret-Resimleri

Bir yükseltici sınıf seçmek kompakt bir tasarımdaki ilk kararlardan biridir. Her sınıf lineerlik, verimlilik ve karmaşıklık arasında farklı bir denge sunar:

  • [FONT:0]Class A - Mükemmel lineerlik sunar ancak sadece% 25 teorik olarak maksimum verimlilikte çalışır. Sürekli mevcut çizim, önemli bir ısı yaratır, Sınıfa güç seviyesi çok düşük değilse pratik bir cihaz yapar (örneğin kulaklık sürücüleri).
  • [FONT=0) Sınıf AB[[Dönetici: 1) Yaygın olarak kullanılan bir uzlaşma, Sınıf AB yükselteçleri daha iyi verimlilik elde ederler (-% 50 pratikte) iyi lineerliği korurken, taşınabilir konuşmacılar ve akıllı asistanlar gibi orta sınıf ses uygulamaları yaygındır.
  • D[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜDÜSÜDÜSÜŞÜNÜ:0)Class D[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜŞÜNÜDÜSÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞ
  • [FONT=0)Class E/F[D][D][/FONT=0)[FONT=0)|S FONT=0)|S FONT=0)|S FONT=0)|S FONT=0)|S FONT=0)|S FONT=0|S FONT=0|S FONT=0|S FONT=0)|S FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FO

Kompakt cihazlar için, karar genellikle D Sınıfına D'ye ses ve Sınıf E/F (veya zarf-tracking türevleri) RF için ısıtılır, ancak Sınıf D'deki yüksek geçiş frekansları elektromanyetik müdahaleyi (EMI) tanıyabilir - sıkı bir şekilde doldurulmuş bir şekilde muhafaza edilmelidir.

Kompakt Tüketici Cihazlarında Anahtar Tasarım Kısıtları

Bir PA'yu uzaydan eğitilmiş bir ürün kuvvetlerine entegre etmek dört ilgili kısıtlamalara yol açıyor: fiziksel hacim, termal dağıtım, güç verimliliği ve sinyal bütünlüğü. Her kısıtlama etkisi bileşeni seçimi, PCB yığınları ve hatta mekanik konut.

Fiziksel Boyut ve Ayak izi

En belirgin kısıtlama oer alanıdır. Modern telefonlar bu sınırları karşılamak için, tasarımcılar iki birincil olanak sağlar: gelişmiş paketleme ve sistem-çevre entegre edilebilirlik (SiP) entegrasyon. Wafer level paketler (WLCSP) ve yüksek performanslı montajlar için kablolar ile rekabet eder ve PA'nun monte edilmesi için% 50'ye kadar monte edilmesine izin verir.

Termal Yönetim

Heat, kompakt elektroniklerde performans ve güvenilirlik nemesidir. Yüksek verimli bir Sınıf D PA ısıtılır ve bu ısı, karmaşık sıcaklık limitleri altında kavurma sıcaklıklarının altından uzak yapılmalıdır (tipik olarak 85-125 °C) Büyük ısı bataklıkları için bir alana güvenerek: tasarımcılara güvenmektedir:

  • [FONT:0] ⁇ vias[DÜDÜT:1)[[Döneticileri, iç-katli bakır uçaklara veya tahtanın tam tersi tarafında bir zemin uçağına transfer eden PA paketinin altındaki parçalar.
  • [FONT:0]Copper dökülüyor ve yayarlar[DÜT:1) – PCB'nin kendi bakır tabakalarını kullanarak (toprak uçağı) ısı yayıcı olarak. yüksek güç RF PA'lar için, bir bakır çamur veya para biriminde cihazı sıvaya yayılabilir.
  • [FONT:0) ⁇ arayüz malzemeleri (TIMs))[Uygunlar veya bir metal kalkanı köprüyü köprüleyen betonlar veya faz değiştirme malzemeleri veya konutlar.2 mm-thick TIM bile bir hava boşluğuna kıyasla önemli ölçüde ısı direnci azaltabilir.
  • [FONT:0]Dynamic termal throttling[[DDynamic termal throttling[[DDDDynamic termal throttling[DDDDDDDDDynamic termal throttling[Dynamic) – Bazı PA kontrolörleri, ısıyı izlemek ve çıkış gücünü azaltmak veya ısı eşiğinin aşıldığı zamanlarda sessiz dönemleri tanıtmak, cihazı daha büyük bir ısıtmak zorunda kalmadan korumak.

Güç Verimliliği ve Battery Life

Tüketici cihazları bataryaya karşı, verimlilik kritik hale getirmek sadece zaman uzatıyor, ancak RF PA'lar için, 03 °T:0) Geliştirmek için[Döneticileri 1 ) (ET) daha büyük bir temel teknoloji haline geldi. - Makro verimliliğini mobil ellere göre % 20-30 oranında yükseltebilir, doğrudan yüksek verimlilik alanında faaliyet gösteren PA'nın düşük verimsiz bir veri kümesine ulaşmasına izin verir.

Signal Integrity ve EMI

Sınıf D ses PA'larda ve RF PA'larda doğal olarak yüksek hızlı geçiş, yakın hassas devrelere birkaç gürültü yapabilir, analog sinyalleri veya radyoları yozlaştırır. sinyal bütünlüğü korumak için, tasarımcılar gerekir:

  • Kullanım:0) Katı zemin[[Dönerge: 1 ) - PA altında sağlam, düşük hacimli bir zemin uçağı zemin döngülerini önler ve radiated emisyonları azaltır.
  • EmployFLT:0)filtering[DÜDÜT:1) – Ses çıktısındaki düşük seviyeli LC filtreleri geçiş eserleri kaldırır. Bazı Sınıf D çipleri filtreyi paketlemeye veya sadece iki küçük kapasiteli topolojiyi kullanır.
  • ImplementFLT:0) Sağlama[Dönetici: 1 ) - Bir metal kalkanı PA'yı ve acil pasif ağı 10-20 dB tarafından yayılabilir. Pratikte, kalkan ısı geçişinin bir parçası haline gelir, çift-role bileşeni genellikle termal tasarımda belirtilebilir.
  • ● ● · 0|0|Döntgenlik[[Dönetici:0)) · Yüksek akım izlerini kısa ve geniş tutun; PA çıkışına yakın hassas analog veya düşük dijital izlerden kaçının. For RF PAs, maintain a control impedance (e.g., 50 ULL) to the anten is essential.

İntegies ve Enabling Technologies

Kombinasyon seçiminin ötesinde, genel entegrasyon stratejisi kompakt bir PA tasarımının başarılı olup olmadığını belirler. Aşağıdaki teknikler başarılı ürünlerle kullanılır.

YüzeyMount Teknolojisi (SMT) ve Gelişmiş Ambalaj

Neredeyse tüm modern PA'lar yüzeysel cihazlar olarak sağlanır, ancak paketleme sophistasyon yaygın olarak değişir. Geleneksel QFN (kud düz no-lead) paketler orta güç ses PA'ları için popüler kalır (yaklaşık 2 W) Daha yüksek entegrasyon için, tasarımcılar giderek daha fazla uygulamaktadır. FOWLP ayrıca mükemmel bir ısı performansı sağlar (FOWLP) FOWLP'nin 2.5 inçlik bir pakette gömülü olmasını sağlar.

Miniaturized PA Modülleri ve Sistemin-Package (SiP)

Gemi uzayının mutlak bir primte olduğu cihazlar için, endüstri önceden belirlenmiş PA modüllerine taşındı. Bu modüller, yükselticileri, eşleme ağlarını, bazen filtreyi tek bir pakete entegre ediyor. Faydaların arasında tasarım zamanı, garantili imkansızlık eşleştirmesi ve genel ayak izi var.In RF uzayında, Skyworks ve Qorvo Supply full frontend modülleri (FEMs) ve PA'yi birleştiren düşük çözünürlükli yükseltici (LNA), ve grup geçiş filtrelerinin yanı sıra, cep ve Wi-Fi gibi satıcılar için de azaltıldı.

Uzay ve Performans için Multikat PCB Tasarımı

İyi tasarlanmış bir multikatlü PCB, yüksek çözünürlükte, yüksek tabakada, doğrudan alt katta bulunan ve radiated alanlara sahip olan yüksek performanslı bir akışla birlikte, ısıyı azaltan ve geliştirmek için ayrı bir kabloya sahiptir.For RF PAs, PCB-up is careful control for impedance (e.g., using a 4-katlı yüksek performanslı bir yığınlama, yüksek çözünürlükte 50 hong mikrostriptli hatlar)

Mekanik Konut Konut ile Termal CoDesign-

Etkili termal yönetim PCB'de durmuyor. Cihazın mekanik muhafazası ısıtımı yolu olarak kullanılabilir. Örneğin, birçok akıllı telefon, tasarım aşamasından önce, ısınımı geometrisine, TIM kalınlığına ve hava akışına (RD:0) sahip olmak için bir grafiksel tabaka veya ince buhar odası kullanır.

Vaka Çalışması: Akıllı Seslerde Güç Ampiifier

Akıllı telefonlar, son on yılda, ayrı yükseltici IC'lerden gelen evrim, çözümün boyutunu daraltırken dramatik şekilde gelişmiş ses kalitesine sahiptir. Tipik bir akıllı akıllı amplifikatör, dijital ses arayüzünü birleştirir (I2S veya SoundWire), konuşmacı koruma için DSP, bir yükseltici dönüştürücüyü yükselterek 3 V'den 8 V'ye kadar yüksek seslenir.

DSP-güdümlü konuşmacı koruma algoritmaları bir atılımdır: konuşmacının gezisini, sıcaklığı ve ses anahtarını analiz eder (CS35L41) Bu tür cihazlara sahipken, RF PA'ların takip edilmesi, gigabit LTE ve 5G iletimlerini daha küçük bir telefonda kullanmak, Teksaslı Araçlara (TPA2017 serisi) ve Cirrus Mantık (CS35L41) gibi tüm cihazlarabit LTE ve 5G transferlerini sağlar.

Trendler ve Gelecek Yolları

Birkaç gelişmekte olan teknoloji, performans artırmak için PA entegrasyonunu daha da daraltmaya söz verir.ETHFLT:0)Gallium nitride (GaN) yükselticileri), geleneksel olarak yüksek enerjili istasyonlarda kullanılan, şimdi tüketici RF uygulamaları için ticarileşmiştir. GaN, daha yüksek bir kesinti gerilimi ve güç yoğunluğu GaAs'dan daha düşük ısı ile tek bir PA'ya izin verir.

[FONT:0) Dijital-toamplifier (DAC-PA) entegrasyonu[DÜT:1) ayrı kodc ve analog bağlantı, yönetim alanı azalt ve gürültü bağışıklığı geliştirmek. Bazı ses koduc satıcılar doğrudan DAC çipine yerleştirilir, doğru bir tek-çip ses alt sistemi yaratırlar. Benzer şekilde, RF için, yüksek gerilimli devreler için ve güç seviyesi için dijital olarak ayarlanabilir bir "yuvardır.

[FONT:0]Hybrid soğutma , ince buhar odaları veya grafik filmlerini kullanarak iki fazlı soğutma gibi, akıllı telefonlarda görünmeye ve kullanılabilirliklere yol açabilir.Bu pasif çözümler, PA'ların daha yüksek güç seviyelerinden daha etkili bir şekilde ısıtılmasına izin verebilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Güç yükselteçleri kompakt tüketici elektronik cihazlarına entegre etmek, her ürün tasarımı katmanına dokunan çok yönlü bir mühendislik meydan okumasıdır - yarı iletken fizik ve devre topolojiden PCB düzeni ve termal mekaniklere kadar. Başarı, dengelerin büyüklüğü, ısı, verimlilik ve sinyal bütünlüğüne olanak sağlayan, daha hafif ve daha fazla tüketici elektronikine sahip olan güçlü bir yaklaşım sunar.