Entkopplungskondensatoren führen zu mehr Rauschen am Sendeleistungsverstärker

Ich habe ein Problem, das ich nicht verstehe, und suche nach Ihrer Hilfe, um mir einen Einblick zu geben, wie ich es lösen kann. Ich verwende ein Modul namens dw1000, das zur Entfernungsmessung mit UWB bei 6,4 GHz, 3,95 GHz usw. verwendet wird.

Das IC-Blockdiagramm sieht so aus:

sieht aus wie das

Die Pins VDDPA1 und VDDPA2 auf der linken Seite des Blocks werden verwendet, um den Tx/Rx-Leistungsverstärker direkt mit Strom zu versorgen, und da das Modul Strom hängt (150 mA bei 3,6 V), plus das Rauschen, das dieser Verstärker erzeugt. An jedem dieser Pins (12 pF, 330 pF und 100 nF) werden 3 Entkopplungskondensatoren empfohlen, die so nah wie möglich an diesen Pins platziert werden sollten wie alle Entkopplungskondensatoren.

Ich habe die empfohlenen Werte, Platzierungen usw. befolgt. Das Modul verfügt über einen kontinuierlichen Übertragungsmodus, bei dem die zentrale Frequenz beobachtet und abgestimmt wird, sodass ich diesen Modus verwende, um zu überprüfen, ob mein Gerät funktioniert oder nicht.

Platinenlayout der Entkopplungskondensatoren:

Platinenlayout der Entkopplungskondensatoren

Erste Tests ergaben folgende HF-Ausgabe:

HF-Ausgang

Wie Sie im obigen Bild sehen können, gibt es keine Mittenfrequenz und es ist offensichtlich sehr laut.

Also habe ich die 3 Entkopplungskondensatoren übereinander gelegt:

übereinander

Um sie so nah wie möglich an die Pins zu bringen, funktionierte es für ein oder zwei Boards, aber nicht für alle.

Dann fügte ich einen Ferrit (BLM15AG601SN1D) an jedem Pin kurz vor den gestapelten Kondensatoren hinzu und wie von Zauberhand wurde das Problem auf allen Platinen behoben.

Das Ausgangssignal, wenn alles sauber ist und funktioniert, sieht so aus:

sieht aus wie das

Gibt es dafür eine Erklärung und wie kann ich das beheben?

Es scheint, dass Ihr 3,6-V-Netzteil laut ist. Daher hilft es, es mit Ferrit zu blockieren.
Es ist nicht 100% klar. Die Ferrite befinden sich zwischen dem Stift und den Kondensatoren. Rechts?
@StefanWyss: Ich verwende einen LDO, um 3,6 von einer Batterie in 3,3 V umzuwandeln, und ich habe versucht, das Board mit einem externen Netzteil zu versorgen, aber es hat nicht geholfen
@EdgarBrown, die Ferrite sind vor den Kondensatoren, dann sind die Kondensatoren direkt mit den Pins verbunden, sonst haben Sie nach dem Ferrit nur ein paar Spitzen
Nun, der LDO selbst sollte nicht viel Rauschen verursachen. Ich denke also, dass es möglicherweise andere Teile Ihrer Schaltung sind, die Rauschen in die HF-Versorgung einkoppeln.
Hast du die Eigenresonanzfrequenzen der Kondensatoren überprüft? Bei den Frequenzen, die Sie verwenden, kann das ein Problem sein.
Sie haben eine Nebenschwingung bei 700 MHz, wie in Ihren Spektralanzeigen gezeigt.
Gibt es für diesen Teil ein Evaluation Board? Sind die Designdateien oder das Layout in der Dokumentation verfügbar? Wenn ja, können Sie genau das Design verwenden, das sie bereitstellen?
@JonWatte ja, es gibt den Schaltplan eines Evaluierungsboards und auch das Evaluierungsboard. Der einzige Unterschied zwischen meinem Board und ihrem ist, wie nah die Komponenten an den Pins sind. Ich verwende 0402-Fußabdruckkappen und sie verwenden 0102
Nun, da ist Ihre Antwort! Bei diesen Frequenzen kommt es auf Millimeter an. Kopieren Sie ihr Design GENAU und Sie werden es besser machen.
@JonWatte, leider ist es nicht der Fall, ich habe ein anderes Evaluation Board mit 0402 gefunden.
Können Sie das Layout auf dieser Platine klonen? Und sicherstellen, dass deine Power so gut ist wie auf diesem Board?

Antworten (3)

Der Spektralplot zeigt eine riesige Nebenwelle bei 700 MHz. Holen Sie sich etwas Umgehung UNTER DEM Paket, vielleicht auf der Rückseite; oder auf den ICs-Pins, mit 1 mm * 2 mm SMT-Kappe

Ich würde vorschlagen, dass Ihre ursprüngliche Schaltung ein Oszillator war; Diese Kondensatoren sind nicht nah genug, da Sie möchten, dass ein 6-GHz-Leistungsverstärker glücklich / stabil / ein gutes Datenauge ist / einen UWB-Burst aussendet.

Die Perle sorgt für einen gewissen Verlust und löscht/dämpft die Parasiten.

Ich würde ein winziges 10pF bekommen und das direkt über die Leitungen löten.

Um die Fresonate abzuschätzen, gehen Sie von 1 nH/Millimeter aus. Also 6 mm (plus Leiterrahmen und Bonddrähte), also insgesamt 10 nH.

Die Fresonate von 10 nH und 10 pF beträgt nur 500 MHz, daher sind Ihre Onchip-Parasiten Teil des Energiezirkulationspfads. Ihre Perle(n) sorgten für Dämpfung.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Sie können Kondensatoren INNERHALB der Grundfläche auf der Rückseite der Leiterplatte installieren. Dies kann helfen.

Ja, die 700-MHz-Spitze ist immer vorhanden, ohne mein Board anzuschließen. Ich verstehe nicht die Bedeutung von Holen Sie sich etwas Umgehung UNTER DEM Paket, ..." können Sie das bitte klarstellen?
Bei ausgeschaltetem Gerät existiert diese 700-MHz-Spitze?
Ihre Bypass-Kappen sind 10 mm von der Verpackung entfernt. Holen Sie sich ein 0102 SMT (1 mm x 2 mm) und löten Sie es direkt am Epoxid des IC. Fragen Sie dann den Hersteller nach dem Löten auf der Rückseite der Leiterplatte, an einem VDD_via, das INNERHALB des Footprints platziert ist. Dies wird den Stromfluss zurückschleifen und die Schleifenfläche und damit die Induktivität verringern.

Bei diesen Frequenzen braucht es wirklich nicht viel Leitungslänge, um einen Kondensator wie eine Induktivität aussehen zu lassen. Ich weiß, dass es unpraktisch ist, SM-Kappen auf beiden Seiten der Platine zu haben, aber das Anbringen von Kappen auf der Unterseite kann helfen, die Spuren zu verkürzen. Vias näher an Pads. Mehrere Durchkontaktierungen auf Massepads. Eine andere Sache, die manchmal vorkommt, ist, dass ein großer Kondensator jenseits seiner Eigenresonanzfrequenz wie eine Induktivität aussieht und dann parallel mit einer kleineren Kappe in Resonanz tritt, um eine hohe Impedanz zu bilden. Manchmal sind weniger Kapseln besser.

In Bezug auf die reine Entfernung ist das Durchlaufen von Vias zwar kürzer, aber es wird nicht empfohlen, Vias vor einem Entkopplungskondensator zu verwenden, wie in ihrem Hardwaredesign erwähnt imgur.com/a/AukgJQE

Da Sie Ferrite hinzufügen, um die Leistungsstufe und ihre Bypass-Kondensatoren vom Rest der Leiterplatte zu isolieren, ist dies überhaupt nicht überraschend. Das LDO hat keine Hoffnung, auf diesen Frequenzen irgendetwas Nützliches zu tun.

Bei diesen Frequenzen würde eine Leiterplatte wie ein Wald von parallel geschalteten LC-Tanks mit etwas hohem Q aussehen. Die Verstärkerstufe injiziert mehrere Harmonische in diesen Wald, und ihre Stromleitungen reagieren auf die Reflexionen dieser Injektionen, modulieren ihren Ausgang und machen ihn instabil.

Ferrite führen eine gewisse Induktivität ein, aber viel wichtiger, ziemlich viel Verlust. Dies isoliert die Platine und alle ihre Reflexionen von der Leistungsstufe. Und jetzt müssen alle Oberschwingungen nur noch mit den kurzen Spuren zu den Kondensatoren fertig werden.

Viele Designer platzieren kleine Widerstände in Reihe mit Versorgungspins, selbst bei niedrigeren Frequenzen, um Wechselwirkungen zwischen PCB und IC zu reduzieren und Emissionen zu verbessern. Ferrite erfüllen diese Funktion.

Entkopplungskondensatoren führen zu mehr Rauschen am Sendeleistungsverstärker
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