【应用】高带宽SPDT模拟开关GS4157用于230MHz无线模块PA工作状态的切换，解决发热问题

时间： 2020-05-26 来源：世强

笔者设计过一款230MHz无线模块，230MHz频段主要用于电力行业遥控遥测以及数据传输。工作频点范围是在223MHz~235Mhz范围内的40个离散频点。如下图示意：

图1 230MHz离散频点

基于此频点，设计一款输出功率为2W的无线模块。其功能框图如下所示：

图2 无线模块功能框图

在发送阶段，工作路径是无线收发器→PA→收发切换开关→天线。在接收阶段，工作路径是天线→收发切换开关→LNA→无线收发器，收发控制是由无线收发器引脚进行控制，发送时SW_TX为高电平、SW_RX为低电平；接收时SW_TX为低电平、SW_RX为高电平。

根据频点以及输出功率选择的PA型号为RF6886，该芯片工作频率范围100MHz~1000MHz,OP1dB为34dBm。由于输出功率较大，PA工作时峰值电流也会较大(＞2A)。如果在接收或不工作状态时，PA还一直处于工作态会导致大量的电源消耗且发热也会比较严重。

图3 RF6886电流消耗

由上图可知当VCC=3.6V，V_REG1=V_REG2=3.1V时芯片静态电流典型值消耗为390mA，V_REG1=V_REG2=0V时芯片电流消耗典型值只有5uA。两者电流相差很大。所以可以从该点着手，解决PA发热问题。设计电路使PA芯片不在发送状态时，将V_REG1、V_REG2电压调成0V。PA芯片在发送状态时，将V_REG1、V_REG2电压调成3.1V。由于是射频应用，所以需要一款高带宽高隔离度SPDT单刀双掷具有切换保护的模拟开关进行切换。

项目中选择了聚洵GS4157模拟开关，其供电电压为1.65V~5.5V，导通电阻只有2.85Ω@VCC=4.5V，带宽300MHz，先切断后闭合保证了切换安全。由于只需要满足将V_REG1、V_REG2电压调成0V/3.1V，对于性能要求不是十分苛刻，聚洵GS4157能够满足解决这个问题的基本要求，并且性价比高，出货量大、稳定，所以推荐用它来解决PA发热问题。GS4157引脚定义以及逻辑真值表如下图所示：

图4 GS4157引脚定义以及逻辑真值表

原理图如下所示，U6为PA芯片，U7为LDO输出3.1V,U8为GS4157模拟开关，通过SW_TX引脚进行控制。发送状态时SW_TX引脚为高电平，模拟开关B1和A接通PA_VREG输出3.1V，使PA正常工作。当处于接收状态时SW_TX引脚为低电平，模拟开关B0和A接通PA_VREG输出0V，PA处于低电流消耗模式。这样可以大大减少PA电流消耗以及芯片发热问题，设计简洁且能满足项目需求。

图5 局部原理图

PCB局部图以及实物图如下所示，对于射频器件 PCB layout上走线尽量圆滑，且发送和接收路径保持一定的隔离度，多打地孔，射频trace包地处理且保证50Ω阻抗要求，这些基本要求还需注意。

图6 PCB及实物局部图

经过了测试，GS4157模拟开关在射频收发时能正常切换，射频输出功能正常。

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