Los condensadores de desacoplamiento introducen más ruido en el amplificador de potencia del transmisor

Tengo un problema que no puedo entender y busco su ayuda para que me brinde una idea para resolverlo. Estoy usando un módulo llamado dw1000 que se usa para medir la distancia usando UWB a 6,4 Ghz, 3,95 Ghz... etc.

El diagrama de bloques del IC se ve así:

Se ve como esto

Los pines VDDPA1 y VDDPA2 en el lado izquierdo del bloque se utilizan para alimentar directamente el amplificador de potencia Tx/Rx y dado que el módulo tiene una suspensión de potencia (150mA @ 3.6V) más el ruido que genera este amplificador. Se recomiendan 3 condensadores de desacoplamiento en cada uno de estos pines (12pF, 330pF y 100nF) y deben colocarse lo más cerca posible de estos pines como cualquier condensador de desacoplamiento.

Seguí los valores recomendados, ubicaciones, etc. El módulo tiene un modo de transmisión continua donde se observa y sintoniza la frecuencia central, así que uso este modo para verificar si mi dispositivo está funcionando o no.

Diseño de PCB de los condensadores de desacoplamiento:

Diseño de PCB de los condensadores de desacoplamiento

Las primeras pruebas me dieron la siguiente salida de RF:

salida de radiofrecuencia

Como puede ver en la imagen de arriba, no hay una frecuencia central y obviamente es muy ruidosa.

Así que puse los 3 condensadores de desacoplamiento uno encima del otro:

Encima del otro

Para acercarlos lo más posible a los pines y funcionó para una placa o 2, pero no para todas.

Luego agregué una ferrita (BLM15AG601SN1D) en cada pin justo antes de los condensadores apilados y, como por arte de magia, solucionó el problema en todas las placas.

La señal de salida cuando todo está limpio y funcionando se ve así:

Se ve como esto

¿Hay una explicación para esto y cómo puedo solucionarlo?

Parece que su fuente de alimentación de 3,6 V es ruidosa. Por lo tanto, ayuda a bloquearlo con ferrita.
No es 100% claro. Las ferritas están entre el pin y los capacitores. ¿Bien?
@StefanWyss: estoy usando un LDO para convertir 3.6 provenientes de una batería a 3.3V e intenté alimentar la placa con una fuente de alimentación externa pero no funcionó
@EdgarBrown, las ferritas están antes de los condensadores, luego los condensadores están conectados directamente a los pines; de lo contrario, solo tendrá un montón de picos después de la ferrita.
Bueno, el LDO en sí mismo no debería generar mucho ruido. Entonces, creo que podrían ser otras partes de su circuito las que acoplan el ruido en el suministro de RF.
¿Comprobó las frecuencias de resonancia propia de los condensadores? En las frecuencias que está utilizando, eso puede ser un problema.
Tiene una oscilación espuria a 700 MHz, como se muestra en sus pantallas espectrales.
¿Hay una junta de evaluación para esta parte? ¿Los archivos de diseño o el diseño están disponibles en la documentación? Si es así, ¿puede usar exactamente el diseño que proporcionan?
@JonWatte sí, está el esquema de una placa de evaluación y también obtuvo la placa de evaluación. La única diferencia entre mi placa y la de ellos es lo cerca que están los componentes de los pines. Estoy usando tapas de huella 0402 y usan 0102
¡Pues ahí está tu respuesta! En estas frecuencias, los milímetros importan. Copie su diseño EXACTAMENTE y lo hará mejor.
@JonWatte, lamentablemente no es el caso, encontré otra placa de evaluación con 0402.
¿Puedes clonar el diseño en ese tablero? ¿Y asegurarse de que su poder sea tan bueno como en ese tablero?

Respuestas (3)

El gráfico espectral muestra una gran señal espuria a 700 MHz. Consiga un poco de derivación DEBAJO DEL paquete, tal vez en la parte trasera; o encima de los pines de IC, con tapa SMT de 1 mm * 2 mm

Sugeriría que su circuito inicial fuera un oscilador; esos condensadores no están lo suficientemente cerca, dado que desea que un amplificador de potencia de 6 GHz sea feliz / estable / con buenos datos / emita una ráfaga UWB.

La Perla proporciona alguna pérdida y apaga/amortigua a los parásitos.

Obtendría un pequeño 10pF y lo soldaría a través de los cables.

Para estimar el fresonato, asuma 1 nH/milímetro. Por lo tanto, 6 mm (más el marco de plomo y los cables de unión), para un total de 10 nH.

El fresonato de 10 nH y 10 pF es de solo 500 MHz, por lo que sus parásitos integrados en el chip son parte de la ruta de circulación de la energía. Sus cuentas proporcionaron amortiguación.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Puede instalar condensadores DENTRO de la huella, en la parte posterior de la PCB. Esto puede ayudar.

si, el pico de 700Mhz siempre esta presente sin ni siquiera enchufar mi placa. No entiendo el significado de Obtener un poco de derivación BAJO EL paquete...", ¿puede aclararlo?
Con la energía APAGADA, ¿existe ese pico de 700 MHz?
Sus tapas de derivación están a 10 mm del paquete. Obtenga un SMT 0102 (1 mm por 2 mm) y suéldelo directamente en el epoxi del IC. Luego pregúntele al fabricante acerca de la soldadura en la parte posterior de la PCB, a un VDD_via colocado DENTRO de la huella. Esto hará retroceder el flujo de corriente y reducirá el área del bucle y, por lo tanto, reducirá la inductancia.

Realmente no se necesita mucha longitud de cable a estas frecuencias para hacer que un capacitor parezca un inductor. Sé que es un inconveniente tener tapas SM en ambos lados del tablero, pero colocar tapas en la parte inferior puede ayudar a acortar los trazos. Vias más cerca de las almohadillas. Múltiples vías en plataformas de tierra. Otra cosa que a veces ocurre es que un capacitor grande, más allá de su frecuencia de autorresonancia, parece un inductor y luego resuena con una tapa más pequeña en paralelo para formar una alta impedancia. A veces, menos mayúsculas es mejor.

De hecho, en términos de distancia pura, pasar por Vias será más corto, pero no se recomienda usar Vias antes de un condensador de desacoplamiento como se menciona en su diseño de hardware imgur.com/a/AukgJQE

Como está agregando ferritas para aislar la etapa de potencia y sus condensadores de derivación del resto de la PCB, no es sorprendente en absoluto. El LDO no tiene ninguna esperanza de hacer nada útil en esas frecuencias.

A esas frecuencias, una PCB se vería como un bosque de tanques LC de Q alto en paralelo. La etapa del amplificador está inyectando múltiples armónicos en este bosque, y sus líneas eléctricas están reaccionando a los reflejos de esas inyecciones, modulando su salida y haciéndola inestable.

Las ferritas introducen algo de inductancia, pero mucho más importante, bastante pérdida. Esto aísla la placa y todos sus reflejos de la etapa de potencia. Y ahora todos los armónicos solo necesitan lidiar con las trazas cortas de los capacitores.

Muchos diseñadores colocan resistencias pequeñas en serie con pines de suministro, incluso a frecuencias más bajas, para reducir las interacciones PCB-IC y mejorar las emisiones. Las ferritas cumplen esta función.

Los condensadores de desacoplamiento introducen más ruido en el amplificador de potencia del transmisor
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