개요: MAX2242 전력 증폭기(PA)의 애플리케이션이 상세하게 설명되어 있다. PCB 레이아웃, 인터스테이지 정합, 열 관리 및 초소형 칩 스케일 패키지에 관한 내용이 기술되어 있다. PA는 CCK 변조로 첫 번째 사이드 로브에서 <-33dBc의 ACPR의 상태에서 +22dBm 출력 전력을 공급한다. 온칩 전력 검출기는 20dB 다이내믹 레인지를 제공한다. 작동 전압은 2.7V - 3.6V이다. FR4 회로 보드 재료가 사용된다. 완전한 접지는 고주파수, 고전력 회로에서 중요하다. 샘플 레이아웃은 최상의 성능을 보여준다. 전체 입력 네트워크의 시뮬레이션은 정합 회로 설계를 가능하게 해준다. 바이패스 커패시터는 저수파수 및 고주파수를 위한 전력 공급 라인에 필요하다. USCP 도면에는 0.5mm 볼 피치를 보여주고 있다. MAX2242 테스트 구성에서는 사이드 로브 레벨을 측정하기 위해서 스펙트럼 분석기를 사용하고 전력 출력을 측정하기 위해서 RF 전력 계기를 사용한다. 개요 이 응용 노트의 목적은 설계 엔지니어에게 MAX2242 전력 증폭기에 대한 애플리케이션 정보를 제공하기 위한 것이다. 인쇄 회로 보드 레이아웃, 인터스테이지 정합, 입력 및 출력 임피던스, 열 관리 및 초소형 칩 스케일 패키지를 포함한 주제의 범위를다룬다. 일반 설명 MAX2242은 2.4GHz ISM-밴드 무선 LAN 애플리케이션용으로 설계된 선형 전력 증폭기(PA)이다. 이 장치는 <-33dBc1차 사이드 로브 및 <-55dBc 2차 사이드 로브의 인접 채널 전력율(ACPR)과 함께 22.5dBm의선형 출력 전력을 공급하고, IEEE802.11b 11MB/s WLAN 표준을 따른다. PA는 크기가 단지 1.5mm x 2.0mm인3 x 4 초소형 칩 스케일 패키지(UCSP(tm))에 내장되어 있다. 이것은 소형 PC 카드 및 컴팩트 플래시 카드 폼 팩터의무선장치에 이상적이다. MAX2242 전력 증폭기는 3단 PA, 전력 검출기 및 전력 관리 회로로 구성되어 있다. 전력 검출기는 최고 출력 전력 레벨에서 ± 0.8dB의 정확도와 함께 20dB 이상의 다이내믹 레인지를 제공한다. 정확한 자동 전력 레벨 제어(ALC) 기능은 이 검출기 회로를 이용하여 쉽게 실행시킬 수 있다. PA는 또한 외부 바이어스 제어 핀을 갖추고 있다. 외부 DAC의 사용을 통해, 충분한 ACPR 성능을 유지하면서 전류를보다 낮은 출력 전력 레벨로 낮출 수 있다. 결과적으로, 최고 가능 효율이 모든 전력 레벨에서 유지된다. 이 장치는 단일 +2.7V- +3.6V 전원 범위에서 작동한다. 온칩 셧다운 기능은 작동 전류를 0.5uA로 감소시켜서 외부 전원 스위치의 필요성을 제거한다. 애플리케이션 IEEE802.11b 무선 LAN 홈 RF 2.4GHz 무선 전화기 2.4GHz ISM 무선장치 특징 Po = 22.0dBm 선형 출력 전력(ACPR < -33dBc 1차 사이드 로브 및 < -55dBc 2차 사이드 로브) 28dB 이득 온칩 전력 검출기 전류 스로틀백을 위한 외부 바이어스 제어 +2.7V - +3.6V 단일 전원 작동 초소형 칩 스케일 패키지(UCSP), 1.5mm x 2.0mm 설계 고려 사항 RF 전력 증폭기를 설계할 때 고려해야 할 많은 요소들이 있다. 다음 설계 고려 사항과 리소스(아래에서 설명됨)는 PC-보드 레이아웃을 시작하기 전에 잘 숙지해야 한다. PC-보드 재료 접지 방법 인터스테이지 정합 입력 및 출력 임피던스 정합 과도 안정도 열 관리 초소형 칩 스케일 패키지(UCSP) 증폭기 테스트 구성 MAX2242 데이터 시트 MAX2242 평가 킷 PC-보드 재료 인쇄 회로 보드 재료는 FR4 또는 G-10을 사용해야 한다. 이 유형의 재료는 최대 3GHz의 주파수에서 사용하는 가장 저렴한 무선 애플리케이션에 좋은 선택이다. MAX2242 평가 보드는 4.5의 유전율, 6 mils의 유전체 두께 및 1oz 동과 함께 4-층 FR4를 사용한다. 접지 방법 양호한 접지의 필요성은 아무리 강조해도 지나치지 않다. RF 전력 증폭기를 설계할 때, 다양한 부품을 접지하는데 사용된 기법은매우 중요하므로 각별한 주의를 기울여야 한다. 저-임피던스 장치의 경우, 고-임피던스 회로의 고전압과 대조적으로 전류 흐름에 보다 많은 관심을 기울여야 한다. 이것은 구성품의 접지 전류 경로와 전류 처리 성능을 주의 깊게 고려해야 한다는 것을 의미한다. 접지는 고 전력 레벨 또는 고주파수 상태에서보다 중요한 요소라는 것을 유념한다. 이 애플리케이션은 두 가지 조건과 연관이 있다! 2.45GHz 에서 대략 (8 + j5)Ω의 출력 임피던스를 지닌 MAX2242와 같이 저-임피던스 회로를 설계할 때, 8Ω의유도 리액턴스와 동등하도록 대략 0.5nH의 인덕턴스만을 사용한다. 8Ω의 리액턴스는 4.5의 유전율과 6mils의 유전체두께의 FR4 PC 보드에서 60mils x 10mils의 마이크로스트립 라인에 의해서 발생된다. 이 애플리케이션에서 양호한 접지란 상부 부품 층과 접지면 사이의 유도 리액턴스를 최소화시키고, 두 개의 다른 접지점이 0V의 전위차를 갖게 하여 부유 신호가 한 단에서 다음 단으로 결합되는 것을 차단하는 것을 의미한다. 양호한 접지는 접지면이 긴밀하게 연속성을 유지하도록 하면 된다. 상부 접지는 다중, 도금 도통 홀 비아(multiple,plated through-hole vias)를 사용하여 하부 접지에 연결시켜야 한다. MAX2242에는 세 개의 접지 핀(GND1,GND2 및 GND3)이 있다. 세 개는 모두 접지 도통 홀 비아가 유도 리액턴스를 최소화하기 위해서 가능한 한 장치 주위에위치해야 한다. MAX2242 평가 보드는 접지 도통 홀 비아의 에지에서 세 개의 PA 접지 핀의 에지까지 4mils 지점에놓인 10mil 도금 도통 홀 비아를 사용한다. 그림 1은 보드의 접지를 향상시키기 위해 다중 도통 홀 비아가 어떻게 사용되어서, 다른 보드 층 사이에 형성된 유도 리액턴스를최소화시키고, 또한 부품에 가능한 한 가깝게 위치한 도통 홀 비아에 의해서 수동 부품의 유도 리액턴스를 최소화시키는지를 보여준다.또한, 최적화가 필요한 경우 정합 부품을 이동시킬 수 있도록 RF 경로를 따라 접지 비아를 갖는 것이 매우 중요하다. 그림 1. MAX2242 평가 보드의 상부 부품도 인터스테이지 정합 다단 증폭기의 오프칩 인터스테이지 정합은 중간 단이 부분적으로 정합되기 때문에 중요하다. 집중 또는 분포 소자 형태의 소량의인덕턴스는 구동증폭기를 최적화시키는데 필요하다. 그림 2. MAX2242 애플리케이션 회로 입력 및 출력 임피던스 정합 입력 및 출력 임피던스는 두 번의 반복으로 획득되었다. 첫 번째 반복은 소신호 시뮬레이션으로 이루어졌고, 두 번째는 대신호상태에서 모의 동조를 통해서 이루어졌다. 그림 3과 4는 최적의 입력 및 출력 정합 네트워크를 구성하는 실제 레이아웃 치수의 모델화된 집중 및 분포 소자를 보여준다. 그림 5는 실제 레이아웃으로부터 모의된 최적 소스 Z(1,1)와 부하 Z(2,2) 임피던스를 보여준다. Z(1,1) 및 Z(2,2)는 최적의 소스 및 부하 임피던스를 위한 기준점으로 이용되어야 한다. 그림 3. 입력 정합 네트워크 그림 4. 출력 정합 네트워크 그림 5. 최적의 소스 및 부하 임피던스 과도 안정도 과도 안정도를 향상시키기 위해서 많은 노력을 기울였다. 다음 지침은 MAX2242가 불안정하게 되는 것을 방지한다. 먼저, 접지부로 가는 주 Vcc 공급 지점에 위치한 큰 글로벌 바이패스 커패시터(탄탈 또는 전해질)는 회로의 발진 경향을 차단한다. 또한 전력 공급 장치 관련 피드백으로부터 격리를 보장하기 위해서 Vcc 공급 지점에 로컬 감결합 커패시터를 추가하는것이 매우 중요하다. 전력 공급 장치 바이어스 라인은 부유 RF 신호가 바이어스 라인 상에서 결합되는 것을 방지하기 위해서 적절하게 차폐시켜야한다. 이것은 30dB 이상 캐스케이드 이득 단이 다단 PA에 사용될 때 특히 중요하다. 전력 공급 장치 바이어스 라인 차폐는 Vcc 라인을 격리시키고, 가능하면 부유 신호가 가장 적은 하부 접지면이나, 역시 부유 신호가 가장 적은 보드의 내부 층 중한 층에 Vcc 라인의 경로를 정하면 된다. 고이득 다단 증폭기는 출력 신호가 입력 경로에 결합되는 피드백에 민감하다. 위상 편이가 총 180도인 주파수에서, 발진이 발생할 수 있다. 출력에서 입력까지 RF 결합을 최소화시키려면, 모든 RF 라인을 가능한 한 짧게 유지하여 안테나 영향을 감소시키는것이 바람직하다. 마지막으로, 불량한 회로 보드 접지도 역시 발진을 초래할 수 있다. 비-제로 접지 임피던스를 통해 흐르는 큰 PA 전류는 전압을 유도하여, 잡음을 접지 시스템에 주입한다. 그림 6 내부 블록도의 애플리케이션 개략도 그림 7. MAX2242 평가 보드의 하부도 열 관리 파워 트랜지스터는 컬렉터-베이스 접합부에서 많은 양의 열을 방산한다. 방산 전력은 열의 형태로 나타난다, 이것은 접합부 온도를증가시킨다. 그렇지만, 접합부 온도, TJ는 지정된 최대치, TJmax를초과하지 않도록 해야 한다. 그렇지 않으면, 트랜지스터가 영구적으로 손상될 수 있다. 치명적인 결함이 발생하지 않은 경우에도,기 신뢰성에 큰 영향을 미친다. 실리콘 장치의 경우, TJmax는약 150℃이다. 실리콘 성분 장치인 MAX2242는 TJmax또는 최대 접합부온도로 150℃를 사용한다. MAX2242는 히트싱크로 자체 평가 보드 접지면을 사용한다. 그림 8은 열 전도 과정의 전기 등가 회로를 나타낸 아날로지(analogy)로 볼 수 있다. 전력 방산은 전류에 해당하고,온도 차이는 전압차에 해당하며, 열 저항은 전기 저항에 해당한다. 그림 8. 열 전도 과정의 전기 등가 회로 초소형 칩 스케일 패키지(UCSP) MAX2242는 초소형 칩 스케일 패키지에 내장되어 있다. 이 패키지화 기술의 주요 장점은 IC - PC 보드 인덕턴스가 최소화된다는 점이다. 부가적인 장점은 패키지 크기 및 제조 주기 시간의 감축과 더불어 향상된 열 전도 특성이다. UCSP에 대한 자세한 정보는 애플리케이션 노트Wafer-Level Ultra-Chip-Scale Package를 참조한다. 그림 9. 초소형 칩 스케일 패키지 증폭기 테스트 구성 그림 10. MAX2242 테스트 구성 MAX2242 Data Sheet MAX2242 Evaluation Kit 의견을 보내주세요! 위 내용이 도움이 되셨나요? 여러분의 의견을 기다립니다 — Maxim은 보내주신 정정이나 제안사항을 반영하고 있습니다. 이 페이지를 평가하고 의견을 보내주십시오. 자동 업데이트 관심있는 분야의 애플리케이션 노트가 나올 때 자동으로 업데이트 받고 싶으세요? 그렇다면 EE-Mail™을 신청하십시오. 추가 정보   APP 1990: Nov 10, 2003 MAX2242 2.4GHz ~ 2.5GHz 선형 전력 증폭기 전체 데이터 시트 (PDF, 200kB) 무료 샘플   다운로드, PDF 형식 (163kB)  AN1990, AN 1990, APP1990, Appnote1990, Appnote 1990