Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВАЯ РАБОТА

На тему: Разработка конструкции модуля СВЧ на микросхеме HMC716LP3Е.

ДИСЦИПЛИНА: «Микроминиатюризация конструкций РЭС»



Содержание

1. Введение

2. Анализ задания на проектирование

3. Выбор комплектующих элементов, материалов и покрытий

4. Разработка электрической принципиальной схемы устройства

5. Разработка конструкции микрополосковой платы и тонкопленочной микросборки

6. Расчет теплового режима микромодуля

7. Выводы

8. Литература



1. Введение

За сравнительно короткий срок радиоэлектроника прошла огромный путь от первого приемника А.С. Попова до сложнейших электронно-вычислительных машин, телевидения и радиолокации. Одним из ключевых моментов, определившим современный уровень развития радиоэлектроники является смещение несущей частоты радиосигналов в область сверхвысоких частот.

Повышение несущей частоты радиосигнала было связано, прежде всего, с перегруженностью низкочастотной области спектра, а также с необходимостью резкого увеличения емкости каналов связи и скорости передачи информации.

Развитие интегральной технологии сделало возможным выполнение отдельных элементов и целых функционально законченных узлов как цифровой, так и высокочастотной частей устройства в виде малогабаритных интегральных схем.

Новейшие многослойные технологии позволяют объединять все пассивные компоненты СВЧ-тракта, включая антенну, в единую ИС. Использование трехмерной конструкции позволяет создавать миниатюрные структуры с высокой степенью интеграции и открывает широкие возможности для улучшения электродинамических, массогабаритных, климатических, экономических и других параметров.

Первые объемные ИС СВЧ-диапазона, идея создания которых логично следовала из опыта разработки полупроводниковых ИС с высокой степенью интеграции, использовали монолитно-интегральную технологию. В последнее время широкое распространение получила гибридная технология многослойных ИС СВЧ на основе керамики с низкой температурой обжига. Благодаря использованию толстопленочной технологии такие ИС обладают низкой себестоимостью, что представляет значительный интерес с точки зрения массового производства СВЧ-устройств для систем мобильной и беспроводной связи.

На пассивную многослойную ИС могут устанавливаться элементы, изготовленные с применением других технологий: полупроводниковые приборы, монолитно-интегральные схемы управления сигналом, микроэлектромеханические. Это позволяет создавать многофункциональные модули, выполненные на единой подложке. Компоновка на единой подложке или в едином корпусе является самым быстроразвивающимся и перспективным направлением современной микроэлектроники.

В данной курсовой работе будет рассмотрена разработка усилителя СВЧ-сигнала на основе GaAs микросхемы HMC716LP3Е, производства компании Hittite.

усилитель микросборка плата микромодуль



2. Анализ задания на проектирование

Исходные данные по проекту:

1. Техническое описание на микросхему HMC716LP3Е

2. Коэффициент передачи не менее: 33 дБ

3. Диапазон рабочих частот: от 3,2 ГГц до 3,8 ГГц

4. Напряжение питания 8…15 В

5. Напряжение стабилизации: 6 В

6. Температура окружающей среды: от -30 ⁰C до +50 ⁰C

7. Электрические соединители:

- радиотракта - СРГ50-751ФВ

- по цепям питания и управления - СРГ-751ФВ

8. Материалы: - микрополосковой платы -FR-4

- тонкопленочной микросборки - поликор

HMC716LP3/716LP3E

Области применения

HMC716LP3(E) идеально подходит для:

- фиксированной беспроводной связи и LTE/WiMAX/4G;

- Базовой приемо-передающей станции (BTS (Base Transceiver Station)) и инфраструктуры;

- повторителей (рентрасляторы сотовой связи) и фемтосот (маломощная и миниатюрная станция сотовой связи);

- общественного радио безопасности;

- точек доступа

Особенности

- коэффициент шума: 1дБ

- коэффициент усиления: 18дБ

- выходной IP3: +33дБмВт

- напряжение питания: +3В до +5В

- соответствующий вход/выход на 50 Ом

- 16 выводов 3х3 мм QFN корпусе: 9мм²

Функциональная схема

Общее описание

В HMC716LP3(E) - GaAs pHEMT MMIC (GaAs - монолитная интегральная микросхема на псевдоморфных транзисторах с высокой подвижностью электронов) - малошумящий усилитель, который идеально подходит для интерфейсных операционных приемников базовых станций фиксированной беспроводной связи LTE/WiMAX/4G между 3.1 ГГц и 3.9 ГГц. Усилитель был оптимизирован для обеспечения коэффициента шума в 1дБ, коэффициента усиления 18дБ и +33дБмВ IP3 при напряжении питания +5В. Обратные потери на входе и выходе превосходные и малошумящий усилитель требует минимальных внешних согласований и компонентов смещения развязки. HMC716LP3(E) может работать от +3В до +5В, а так же есть возможность регулировки из вне, что позволяет разработчику адаптировать линейность малошумящего усилителя для любого приложения.

Электрические характеристики

T = +25?C

R_смещ.= 820 Ом при U_пит.= 5В

R_смещ.= 47 кОм при U_пит.= 3В

Параметры	Uпит.= +3В	Uпит.= +5В	Ед. изм.
	min	типич.	max	min	типич.	max
Диапазон частот	3.1 - 3.9	3.1 - 3.9	ГГц
Коэффициент усиления	13	17		15.5	18		дБ
Температурный коэфф. усиления		0.01			0.01		дБ/?С
Коэффициент шума		1	1.3		1	1.3	дБ
Обратные потери на входе		25			30		дБ
Обратные потери на выходе		13			16		дБ
Вых. мощность при компрессии коэфф. усиления на 1дБ (P1дБ)	12	15		16	19		дБмВт
Выходная мощность насыщения		16.5			20.5		дБмВт
Виртуальная точка пересечения продуктов третьего порядка (IP3)		26			33		дБмВт
Общий ток питания		41	55		65	90	мА

(1) U_пит.= 5В, R_смещ.= 820 Ом (2) U_пит.= 3В, R_смещ.= 47 кОм

(1) U_пит.= 5В, R_смещ.= 820 Ом (2) U_пит.= 3В, R_смещ.= 47 кОм

(3) R_смещ.= 820 Ом при U_пит.= 5В, R_смещ.= 47 кОм при U_пит.= 3В

(4) Измерительная базовая плоскость, показанная на рисунке PCB оценки.

(1) U_пит.= 5В, R_смещ.= 820 Ом (2) U_пит.= 3В, R_смещ.= 47 кОм

(3) R_смещ.= 820 Ом при U_пит.= 5В, R_смещ.= 47 кОм при U_пит.= 3В

Абсолютный Rгос.

Диапазон и рекомендуемые значения Rгос. цепи питания

Uпит, В	Rсмещения, Ом	Iпот, мА
	min	max	рекомендованное
3В	2k (1)	разомкнутая цепь	2,2k	20
			5,6k	30
			47k	41
5В	0	разомкнутая цепь	270	48
			820	65
			2,2k	81

(1) С Uпит = 3 В и Rсмещения < 2kОм, могут привести к части, становящейся условно устойчивыми, который не рекомендуется.

Максимальные допустимые значения

Напряжение смещения стока	+5,5 В
Входная мощность Рвх. (Uпит = +5 В постоянного тока)	+10 дБмВт
Температура канала	150?С
Непрерывная P (T = 85°C) (снизьте норму 11.1 мВт/°C выше 85°C)	0,72 Вт
Тепловое сопротивление (канал заземлен)	90?С/Вт
Температура хранения	-65 до +150?С
Рабочая температура	-40 до +85?С
Чувствительность ESD (HBM)	класс 1А

Типичный ток питания по сравнению с напряжением питания

(R_смещ.= 820 Ом при U_пит.= 5В, R_смещ.= 47 кОм при U_пит.= 3В)

Uпит, В	Iпот, мА
2,7	31
3,0	41
3,3	51
4,5	51
5,0	65
5,5	80

Примечание: Усилитель будет работать по полным диапазонам напряжений, показанным выше.

Габаритный чертеж

Примечания:

1. Материал выводной рамки: медный сплав;

2. Размерности находятся в дюймах (миллиметры);

3. Допуск расстояния между выводами некумулятивный;

4. Длина площадки должна быть 0.15-мм максимумом; Высота площадки должна быть 0.05-мм максимумом;

5. Искривление комплекта не должно превышать 0.05 мм;

6. Вся основа ведет и весло основы, должно быть спаяно с землей печатной платы RF;

7. Обратитесь к указаниям HITTITE по применению, для предложенного образца земли.

Информация о пакете

Номер пакета	Материал основания корпуса	Окончание	MSL рейтинг	Маркировка упаковок (2)
HMC716LP3E	RoHS-совместимый с низким напряжением Литьевых пластмасс	100% матовый Sn	MSL1 (1)	716 ХХХХ

(1) Максимальный пик температуры обратного течения 260 °C

(2) 4-разрядная партия номер XXXX

Описание выводов

Номер контакта	Функция	Описание	Интерфейс схемы
1,3-7, 9,10, 12- 14, 16	N/C	Контакты не связаны внутренне, однако, все данные показанные здесь, были измерены с этими выводами и подключены к RF / DC земле извне.
2	RFIN	Этот вывод DC является к постоянному току. И от чипа DC конденсатор не требуется.
11	RFOUT	Этот вывод AC является к переменному току и соответствуют 50 Ом.
8	RES	Этот код используется для установки постоянного тока усилителя, выбор внешних резисторов смещения. См. приложение, схема.
15	Vdd	Напряжение питания. Необходимо обход конденсаторов. См. приложение, схема.
	GND	Земля должна быть соединена с землей RF/DC.

Применение схемы

Тестовая плата

Рекомендованные материалы и компоненты для тестовой платы 122540 (1)

Элемент	Описание
J1, J2	PCB монтирует соединитель SMA
J3, J4	Контакт DC
C1	Конденсатор на 10 нФ, 0402 Pkg.
C2	Конденсатор на 1000пФ, 0603 Pkg.
C3	Конденсатор на 0,47мкФ, 0603 Pkg.
C4	Конденсатор на 100 пФ, 0402 Pkg.
R1	Резистор 820 Ом, 0402 Pkg.
R2	Резистор 0 Ом, 0402 Pkg.
U1	HMC716LP 3 (E) усилитель
PCB (2)	122490 Оценка PCB

(1) Сошлитесь на это число при заказе полной оценки PCB

(2) Материал печатной платы: Роджерс, 4350 или Арлон 25FR

3. Выбор комплексных элементов, материалов и покрытий

Выбор элементной базы:

1. В устройстве применены керамические SMD конденсаторы производства компании Murata с типом диэлектрика X7R и NP0. Типоразмеры конденсаторов 0402, 0603 и 0805 выбраны исходя из ширины микрополосковой линии передачи.

2. Стабилизатор напряжения: DA4 - L78L06C производства компании ST Microelectronics.

3. Резисторы R2, R5 и R8 изготовлены по тонкопленочной технологии.

4. Фильтры Z1 - HFCN-2700, Z2 - LFCN-2850 производства компании LTCC Manufacturing.

Микрополосковая плата изготавливается на материале FR-4 толщиной 1 мм. Тонкопленочная микросборка изготовлена на подложке из материала поликор, закрепленной на пластине из сплава ВТ1-0. В микрополосковой плате изготавливается отверстие для установки пластины с микросборкой. Для выравнивания уровня микрополосковой платы и микросборке в корпусе фрезеруется углубление 1мм. Корпус выполняется из сплава Д16Т, герметизируется и заполняется инертным газом.

4. Разработка электрической принципиальной схемы устройства

Рассчитаем необходимое количество каскадов.

где К_р - температурный коэффициент усиления;

N_c - количество разделительных конденсаторов в тракте;

N_p - количество электрических соединителей;

К_{р мощ} - коэффициент усиления по мощности;

0,2 - потери на конденсаторах [дБ];

0,3 - потери в разъемах [дБ]

Округляем в большую сторону до 3 каскадов.

Для ограничения диапазона рабочих частот от 3,2 ГГц до 3,8 ГГц в конструкции модуля применены керамические фильтры Z1 и Z2.

В цепи питания применен стабилизатор напряжения DA4.

5. Разработка конструкции микрополосковой платы и тонкопленочной микросборки

Расчет тонкопленочных резисторов

Исходные данные:

I = 0,041 А

U_стаб = 6 В

U_пит = 3 В

Вычисляем сопротивление резистора:

Вычисляем мощность резистора:

Берем материал - хром:

P_уд = 0,08 Вт/мм²

с_S = 50 Ом/квадрат

Вычисляем минимальную площадь резистора:

Коэффициент формы:

Вычисляем минимальную ширину резистора:

Вычисляем длину резистора:

Расчёт микрополосковой линии передачи

Исходные данные:

Z_в = 50 Ом

E_r = 9,6

h = 1 мм

Вычисляем d:

Так как d > 2,21, то w/h:

Вычисляем ширину МПЛ:

Сл-но:

6. Расчет теплового режима микроблока

Определим суммарную мощность, выделяемую микросхемами.

DA1 - HMC716LP3E

DA2 - HMC716LP3E

DA3 - HMC716LP3E

DA4 - L78L06C

Определим тепловое сопротивление корпус - среда

Определим тепловое сопротивление платы

Определим температуру на микросхемах



7. Выводы

В данной курсовой работе был разработан модуль МШУ на микросхеме HMC716LP3Е. Теловой расчет показал, что температура микросхем превышает максимально допустимые значения. Рекомендуется закрепить корпус на теплоотводящей поверхности.



8. Литература

1. А. И. Кирпиченков, «Лекционный материал по курсу «Микроминиатюризация конструкций РЭС» 2012.

2. http://murata.com/.

3. http://chipdip.ru/.

Размещено на Allbest.ru

...