5G室外小基站中的电容应用

电子发烧友网报道（文/李宁远）随着5G网络的持续建设，5G业务场景正逐渐从室内向室外延展，而小基站作为宏站信号的有效补充迎来了不少市场机会，在小基站演进到5G的过程里其中的设计也是有越来越多需要满足的要求，既有重量和体积的限制，又要能保证性能和高可靠性，由此就引出了5G小基站设计过程中有关电容元件使用的诸多问题。
 
5G小基站电路设计难点
 
在小基站的设计中，电路功耗大、空间有限、内部温度高、电容路数多、PCB占板面积和可铺线面积少的矛盾等等都是常见的设计难点。其中让设计人员最为难的电容设计主要体现在三个方面，高温问题、噪声困扰以及空间布局限制。
 
首先是温度高的问题，现在的功放电路和其使用的主芯片都有明显的向更高温度发展的趋势，达到了八十几度，PA处甚至有超过100度的情况。使用在其中的元件，耐高温的特性需要更加突出。
 
然后就是空间布局限制，设备内的空间是有限的，而现在的电路设计里主芯片附近需要放置越来越多的电容来满足设计目标阻抗的要求，一多一少的发展趋势就造成了电容在其中布局的困境。
 
还有就是噪声的困扰，通常来说DCDC模块需要给多个功放供电，那么射频噪声，射频信号的谐波噪声很容易进入电源，干扰到其他通道。这三个困难在5G小基站的电路设计中经常出现。
 
解决小基站设计困扰的被动元件
 
现在通用的电容器，都在往小型化和大容量方向演进，传统攻防电路去耦电容设计，通常是以铝电容作为一个大容量的选择，在驱动级PA末级PA上有着重要作用。但随着温度越来越高，在平均能达到90度左右的情况下，铝电容的寿命可能达不到设计要求。
 
此时大容量的陶瓷电容只要在实际使用中能够把电压和温度做到合适的降额，那在高温度下工作是可以轻松胜任的。并联MLCC也是替代铝电容的一种办法，将多个MLCC并联，可靠性高布局也相对灵活。
 
MLCC 有一个不好的特性就是直流偏压，那直流偏压下其容值一般存在一定量的跌落，电压越高容量会越小。在设计的过程中这是需要留意的一点，需要留够足够的余量。
 
5G的传输有多通道输出然后信号高频化的一个特点，这也是致使元器件使用数量增加的原因。高频化导致设备的发热进一步增大，高Q值的电容是应用在此类小基站的不二之选。高频下损耗更小的材料能让电容达到比较高的Q值和更低的ESR。ESR引发的基站电路故障是很难检测的，因此在选用初期就应考虑好。
 
在解决5G小基站设计上，三端子电容也是用处很大。三端子电容，通常有两个方面的应用，一个被用作EMI滤波器，隔离掉高频信号噪声，这种应用使用贯通式的接法，具备低ESL特点，可在广频带中起到降噪去耦的作用，能达到很好的滤波效果。这种接法需要考虑就是通流能力。
 
那另外一种应用一般是被用在处理器的周边，改善电压抖动，减少电容用量解决一定的空间问题。这种则采取非贯通的接法，能够很好地改善处理器环路阻抗并降低占板面积，契合现在基站设计里低压大电流的发展。
 
小结
 
未来室外小基站作为宏站的补充，数量会快速增加。其中涉及5G小基站电路设计的电容也朝着更契合5G的方向发展，这些特性的电容元件未来会进一步打开市场空间。