Revizyon Bilgisi

Bu teknik doküman B107AA R6 için hazırlanmış olup yeni yapılacak olan tasarımlara kaynak niteliğindedir.

3V8 GSM Beslemesi

B107AA‑R6 modülü üzerinde yer alan GSM modem (Telit LE910C1‑EUX) nominal 3.8V bandından beslenir. Kart içinde 5V rayı TPS61088 ile üretilir; modem beslemesi ise 5V’den LT1528 ayarlanabilir LDO ile türetilen 3V8 hattıdır.

Bu tasarım kararı iki amaca hizmet eder:

• Modemin üretici tavsiyesine uygun, temiz ve düşük ripple’lı bir besleme oluşturmak.
• Modem TX burst akımlarında 3V8 hattını kararlı tutmak ve bu transient’lerin diğer raylara yayılmasını azaltmak.

Tasarım hedefleri (R6)

Kalem	Hedef
LDO giriş gerilimi	$V_{IN}=5\,\mathrm{V}$ (5V rayı)
Modem besleme	$V_{OUT}\approx 3.80\text{–}3.85\,\mathrm{V}$ (3V8)
Modem çalışma aralığı	$\approx 3.4\text{–}4.2\,\mathrm{V}$
TX burst tepe akımı	$\ge 2\,\mathrm{A}$ tepe akımı karşılayabilecek topoloji
Hat ayrıştırma	$V_{BATT}$ ve $V_{BATT\_PA}$ kollarını ayrı filtrelemek

Neden LT1528?

R6’da 3V8 beslemesi için LT1528 seçimi bilinçlidir:

• Üretici önerileriyle uyum: LE910 ailesinde güç kaynağı tasarımında “modem pinine yakın düşük empedanslı bypass/bulk” vurgulanır.
• Yüksek akım kapasitesi: TX burst anlarında besleme çökmesini azaltır.
• Düşük EMI karmaşıklığı: Switching regülatöre göre RF/EMI yönetimi daha kolaydır.

not

LT1528 ile termal kayıp oluşur; bu yüzden 3V8 hattının termal tasarımı (bakır alan, via, yerleşim) R6’da tasarımın parçasıdır.

3V8_EN kontrolü

3V8 hattı, modem kullanılacağı zaman ana MCU tarafından 3V8_EN ile aktif edilir.

• Modem kullanılmıyorken 3V8 kapalı tutulur → batarya kullanımında güç tasarrufu.
• Modem aktifken 3V8 hattı kararlı tutulur → TX burst sırasında reset riskini azaltır.

Bu sayfadaki tüm termal ve transient değerlendirmeleri “modem aktifken 3V8 açık” senaryosu içindir.

Çıkış gerilimi ayar hesabı (R1/R2)

LT1528 ayarlanabilir LDO çıkışı, SENSE/ADJ ağı üzerinden ayarlanır:

$V_{out} = V_{sense}\cdot\left(1+\frac{R_2}{R_1}\right)+I_{sense}\cdot R_2$

Bu tasarımda kullanılan değerler:

$V_{sense}=3.3\,\mathrm{V}$

$I_{sense}=130\,\mu\mathrm{A}$ (tipik)

$R_1=330\,\Omega$

$R_2=49.9\,\Omega$

Hesap:

$\frac{R_2}{R_1}=\frac{49.9}{330}=0.1512$

$V_{sense}\cdot\left(1+\frac{R_2}{R_1}\right)=3.3\cdot 1.1512=3.7990\,\mathrm{V}$

$I_{sense}\cdot R_2=130\times 10^{-6}\cdot 49.9=0.00649\,\mathrm{V}$

$V_{out}\approx 3.8055\,\mathrm{V}$

not

$I_{sense}$ tipik bir değerdir; tolerans/sıcaklık ile birkaç mV sapma doğaldır. Modem açısından önemli olan; TX burst sırasında modem pininde minimum gerilimin çalışma aralığının altına düşmemesidir.

R1/R2 ağı: tüketim, hata marjı ve R6 kararı

Bu noktada kritik bir nüans var: LT1528’in SENSE pin akımı (datasheet tipik $I_{sense}\approx 130\,\mu\mathrm{A}$) R2 üzerinden akar. Bu yüzden klasik “dirençleri kΩ seviyesine çıkarıp tüketimi düşürelim” yaklaşımı burada doğrudan Vout hatasına dönüşür.

Hatırlatma formül:

$V_{out} = V_{sense}\cdot\left(1+\frac{R_2}{R_1}\right)+I_{sense}\cdot R_2$

Mevcut set neden mantıklı? (R1=330Ω, R2=49.9Ω)

• $R_2$ küçük tutulduğu için $I_{sense}\cdot R_2$ terimi birkaç mV seviyesinde kalır.
• Bölücü akımı nispeten yüksek olduğundan (~10mA) SENSE akımının göreli etkisi küçülür → Vout daha deterministik olur.

Mevcut set için bölücü akımı:

$I_{div}\approx \frac{V_{sense}}{R_1}=\frac{3.3}{330}=10\,\mathrm{mA}$

Yaklaşık güç kaybı:

$P_{div}\approx 38\,\mathrm{mW}$

Bu kayıp pratikte, modem TX sırasında taşınan güçle kıyaslandığında küçük kalır; buna karşılık Vout doğruluğu ve regülasyon kazanımı nettir.

Neden “33k/4.99k” gibi değerler doğru değil?

Oranı korusak bile $R_2$ büyüdüğü için $I_{sense}\cdot R_2$ terimi büyür.

Örnek: $R_1=33\,\mathrm{k\Omega}$ ve $R_2=4.99\,\mathrm{k\Omega}$ için:

$I_{sense}\cdot R_2\approx 130\,\mu\mathrm{A}\cdot 4.99k\Omega\approx 0.649\,\mathrm{V}$

Bu tek başına Vout’u yüzlerce mV yükseltir (~4.45V seviyelerine iter) → 3V8 hedefi bozulur.

Daha düşük tüketim isteyenler için kontrollü alternatif

Tüketimi azaltmak istiyorsak bunu “ölçülebilir hata” sınırında yapabiliriz.

Örnek alternatif set:

• $R_1=1.00\,\mathrm{k\Omega}$
• $R_2=150\,\mathrm{\Omega}$ (oran ~0.150)

Bu durumda:

$V_{out}\approx 3.3\cdot(1+0.150)+130\,\mu\mathrm{A}\cdot 150\,\Omega \approx 3.814\,\mathrm{V}$

Bölücü akımı:

$I_{div}\approx \frac{3.3}{1k}=3.3\,\mathrm{mA}$

Güç kaybı ise ~11mW seviyesine iner.

not

Bu alternatif, Vout’u birkaç mV kaydırabilir ve regülasyon davranışını etkileyebilir.

Bu yüzden R6’da “varsayılan” seçim olarak 330Ω/49.9Ω korunur; düşük tüketim alternatifi ancak prototip ölçümüyle doğrulanarak devreye alınmalıdır.

Komponent seçimi (R1/R2)

Varsayılan (R6):

• $330\,\Omega$, 0603, %1: Yageo RC0603FR-07330RL
• $49.9\,\Omega$, 0603, %1: Yageo RC0603FR-0749R9L

Alternatif (düşük tüketim, doğrulama şart):

• $1.00\,\mathrm{k\Omega}$, 0603, %1: Yageo RC0603FR-071KL
• $150\,\Omega$, 0603, %1: Yageo RC0603FR-07150RL

Modem besleme hatları ve filtre topolojisi

Modem beslemesi 3V8 hattından sağlanır ve modem girişleri iki kola ayrıştırılarak filtrelenir:

Besleme Adı	Açıklama
$V_{BATT}$	Modem ana besleme kolu
$V_{BATT\_PA}$	RF güç yükselteci (PA) besleme kolu

Kollar, ferrit boncuk ile ayrıştırılır ve her kol üzerinde tekrar bulk + HF bypass ile modem girişine yakın “yerel enerji deposu” oluşturulur.

Filtre hesapları

Aşağıdaki hesapların amacı, hat empedansının (DCR/ESR/ESL) modem besleme marjını nasıl tükettiğini hızlıca görmek ve riskli noktaları yakalamaktır.

Ferrit boncuk DC düşümü (DCR)

$\Delta V_{FB}=I\cdot DCR$

$DCR_{max}=45\,\mathrm{m\Omega}$ kabulüyle:

$I$	$\Delta V_{FB}$	$P_{FB}=I^2\cdot DCR$
$1.0\,\mathrm{A}$	$45\,\mathrm{mV}$	$45\,\mathrm{mW}$
$2.0\,\mathrm{A}$	$90\,\mathrm{mV}$	$180\,\mathrm{mW}$

Bu düşüm doğrudan “DC marjı” tüketir. Bu nedenle PA kolunda daha yüksek akım sınıfı ve düşük DCR bead tercih edilir.

Ripple hedefi için ESR üst sınırı (pratik kontrol)

$ESR_{total}\le \frac{V_{ripple}}{I_{burst}}$

$V_{ripple}=30\,\mathrm{mV}$ ve $I_{burst}=2\,\mathrm{A}$ için:

$ESR_{total}\le \frac{30mV}{2A}=15\,\mathrm{m\Omega}$

Bu hedefi tutturmanın en pratik yolu, modem pinlerine çok yakın çoklu MLCC’leri paralel kullanmaktır.

Kapasitör seçim kriterleri (MLCC / polimer)

Kapasitör seçimi iki sınıfta yapılır:

• Regülatör kararlılığı için MLCC (LT1528’e yakın): düşük ESL, kısa döngü
• Modem burst için “pin yakını bulk” (VBATT/VBATT_PA): çoklu MLCC paralel + gerektiğinde polimer bulk

1. Voltaj dayanımı (derating)

• 3V8 hattında MLCC için pratik kural:

$V_{rated}\ge 2\times V_{working}$

Bu nedenle 3V8 için 10V X7R sınıfı MLCC tercih edilir.

2. Dielektrik

• X7R önerilir.
• Y5V/Z5U kullanılmaz (DC bias altında kapasite çok düşer).

3. DC bias / efektif kapasite

MLCC nominal değeri, DC bias altında düşer. Bu yüzden modem pinine yakın “tek büyük kapasitör” yerine çoklu MLCC paralel tercih edilir.

4. Kılıf boyutu

• 3V8 omurgada 1206/1210 tercih edilir (efektif kapasite ve mekanik dayanım).

Önerilen kapasitör seti

LT1528 giriş/çıkış (regülatör kararlılığı)

• Giriş (5V): $2\times 22\,\mu\mathrm{F}$, 10V, X7R, 1206 + $100\,\mathrm{nF}$
• Çıkış (3V8): $2\times 22\,\mu\mathrm{F}$, 10V, X7R, 1206 + $100\,\mathrm{nF}$

Modem pinine yakın (VBATT / VBATT_PA)

Her kol için (VBATT ve VBATT_PA):

$2\times 47\,\mu\mathrm{F}$, 10V, X7R, 1210

$100\,\mathrm{nF}$, 50V, X7R (HF bypass)

Gerektiğinde (uzun kablo/empedanslı yerleşim varsa):

• 3V8 omurgaya veya PA koluna $100\text{–}220\,\mu\mathrm{F}$ polimer bulk (6.3V/10V)

Ferrit boncuk seçimi (VBATT / VBATT_PA)

Bead seçerken hedef:

• Akım sınıfı: VBATT_PA için ≥3A, VBATT için ≥2A
• Düşük DCR: mümkün olduğunca düşük (marjı tüketmesin)

Önerilen footprint yaklaşımı

• VBATT_PA hattı için footprint’i 1206 sınıfında tutmak, ≥3A bead seçimini kolaylaştırır.

tehlike

PA kolunda küçük akım sınıfı boncuklar ısınabilir ve hat düşümünü artırabilir. Bu durum modem TX anında reset/power‑off davranışına yol açabilir.

Termal mühendislik (LT1528)

LDO kaybı:

$P_{loss}=(V_{in}-V_{out})\cdot I_{out}$

$V_{in}-V_{out}\approx 5.0-3.805\approx 1.195\,\mathrm{V}$

$I_{out}$	$P_{loss}$
$0.5\,\mathrm{A}$	$0.60\,\mathrm{W}$
$1.0\,\mathrm{A}$	$1.20\,\mathrm{W}$
$1.5\,\mathrm{A}$	$1.79\,\mathrm{W}$
$2.0\,\mathrm{A}$	$2.39\,\mathrm{W}$

Yorum (R6 için pratik değerlendirme)

TX burst akımı “tepe” akımdır; ortalama akım genellikle daha düşüktür. Buna rağmen 1W üstü sürekli kayıp, küçük paketlerde ciddi ısı demektir.

Kabaca sıcaklık artışı sezgisi:

$\Delta T\approx P_{loss}\cdot \theta_{JA}$

İyi bakır alan/via ile $\theta_{JA}\approx 40\text{–}60\,\mathrm{^{\circ}C/W}$ ölçeğine çekilebilir.

Örnek: $P_{loss}=1.2\,\mathrm{W}$ ve $\theta_{JA}=50\,\mathrm{^{\circ}C/W}$ için:

$\Delta T\approx 60\,\mathrm{^{\circ}C}$

Bu nedenle R6’da LT1528 altında geniş bakır alan + termal via zorunludur.

PCB yerleşim notları (3V8 hattı)

• LT1528 giriş/çıkış MLCC’leri pin dibine yerleştir.
• VBATT/VBATT_PA kollarındaki MLCC’leri modem besleme pinlerine en yakın konumlandır.
• 3V8 akım yolları geniş; dar boğaz yok.
• Bead sonrası kapasitörler “yerel depo” gibi davranır; bead‑kapasitör döngüsü küçük tutulur.

Ölçüm ve doğrulama

• Modem TX sırasında modem pinindeki minimum gerilim ölçülür (hedef: çalışma aralığı altına düşmemeli).
• VBATT/VBATT_PA üzerinde ripple ölçülür.
• LT1528 sıcaklığı, modem veri iletim senaryosunda ölçülür.
• 5V rayında düşüm varsa, 3V8 performansı birlikte değerlendirilir.

---

Komponent seçimi ve alternatifler

Bu blok, 5V rayından modem için 3V8 üreten LT1528 LDO + VBATT/VBATT_PA ayrıştırma filtrelerinden oluşur. Tasarımın başarısını belirleyen 3 kritik nokta:

1. LDO seçimi ve termal tasarım (sürekli kayıp yönetimi)
2. Bead + pin yakını çoklu MLCC (TX burst çökmesini sınırlama)
3. Yerleşim döngü alanı (RF/EMI ve transient davranışı)

Ana komponent: LT1528

Kriter	Seçim	Alternatif	Not
Regülatör topolojisi	LT1528 (3A LDO)	3A sınıfı LDO’lar (örn. MIC29302 sınıfı), veya modem için buck regülatör	LDO: düşük EMI, daha basit; Buck: daha verimli ama EMI/yerleşim daha zor
Ayarlanabilir setpoint	SENSE=3.3V tabanlı oran	1.25V referanslı LDO’lar	LT1528’te ISENSE terimi direnç seçiminde belirleyici

Ferrit boncuklar (VBATT / VBATT_PA)

• Akım sınıfı: VBATT_PA için ≥3A, VBATT için ≥2A
• Düşük DCR hedefi: <20mΩ mümkünse (DC marjı tüketmesin)

Örnek bead (1206, yüksek akım): Murata BLM31PG330SH1L (6A, DCR max 9mΩ, 33Ω@100MHz)

not

İmpedans değeri (ör. 33Ω/100MHz) “gürültü bandı”na göre seçilir.

Modem reset sorunlarında ilk baktığımız metrik çoğu zaman DCR + yerleşim olur.

Kapasitörler (özet)

Bölge	Öneri	Not
LT1528 VIN (5V)	2×22µF/10V X7R (1206) + 100nF	Regülatör kararlılığı
LT1528 VOUT (3V8)	2×22µF/10V X7R (1206) + 100nF	Regülatör kararlılığı
Modem pin yakını (VBATT)	2×47µF/10V X7R (1210) + 100nF	Burst deposu
Modem pin yakını (VBATT_PA)	2×47µF/10V X7R (1210) + 100nF	PA burst deposu
Opsiyonel bulk	100–220µF polimer (6.3V/10V)	Yerleşim/hat empedansı yüksekse

---

Tahmini maliyet analizi (3V8 GSM besleme bloğu)

Aşağıdaki maliyetler tahmini olup tedarik/kur/stok durumuna göre değişir. Bu tablo yalnızca 3V8 GSM besleme bloğunu kapsar (5V boost ve batarya/şarj katmanı ayrı sayfalardadır).

BOM kırılımı

Kalem	Adet	Prototip (1–10)	Pilot (100)	Seri (1k+)	Not
LT1528 (LDO)	1	$5.50	$3.80	$3.10	Maliyetin ana kısmı
R1/R2 + küçük pasifler	1 set	$0.01	$0.005	$0.0035	Bölücü + SHDN çevresi
Ferrit bead (VBATT + VBATT_PA)	2	$0.60	$0.40	$0.28	2×
22µF 10V X7R (1206)	4	$0.48	$0.32	$0.20	VIN/VOUT
47µF 10V X7R (1210)	4	$0.72	$0.48	$0.32	Pin yakını
100nF X7R	4	$0.008	$0.004	$0.0032	4×
TOPLAM (3V8 blok)		$7.318	$5.009	$3.907	Opsiyonelsiz

Opsiyonel ekler

Kalem	Adet	Prototip	Pilot	Seri	Not
220µF polimer bulk	1	$0.45	$0.30	$0.22	Reset riski görülürse
TOPLAM (opsiyonel dahil)		$7.768	$5.309	$4.127

bilgi

Bu blokta “ucuzlatma”nın en etkili yolu genelde LT1528’i değiştirmek gibi görünür.

Ama LDO’dan buck’a geçiş, maliyetten önce EMI/yerleşim karmaşıklığı getirir. Bu yüzden R6 yaklaşımı: önce sahada stabiliteyi garanti etmek, sonra gerekiyorsa verim optimizasyonuna gitmektir.