RF bütçe analizinin amacı, sınırlayıcı amplifikatördeki farklı test noktalarının geniş bant frekans yanıtını ve RF güç seviyesini kontrol etmektir. En kötü durumdaki çalışma sıcaklığını, kazanç eğimini ve geniş RF giriş gücü aralığını düzeltmek için analiz tamamlanmalıdır.
Peki, RF bütçe analizinin ne olduğunu kim bilebilir?
40 dB'lik sınırlayıcı dinamik aralığa sahip bir sınırlayıcı amplifikatörün temel düzeni, dört kazançlı blok amplifikatörünün veya LNA'nın bir kademesidir. İdeal tasarım, farklı frekanslarda güç değişimini azaltmak ve termal / eğim telafisi gereksinimlerini en aza indirmek için yalnızca bir veya iki özel amplifikatör cihazı kullanır. Şekil 1, sıcaklık düzeltmesi ve eğim telafisi öncesi ilk sınırlayıcı amplifikatörlerin blok diyagramını göstermektedir.
Şekil 1. Ön tasarımın blok şeması
Öncelikle küçük bir avantaj gelir, geniş bant sınırlayıcı amplifikatörün tasarımını tamamlamak için bir teknik önerin:
1. Sınırlayıcı güç dinamik aralığını yönetin ve RF aşırı hız koşullarını ortadan kaldırın
2. Sıcaklık aralığında performansı optimize edin
3. Son olarak, güç azaltmayı düzeltin ve küçük sinyal kazancını düzleştirin
4. Son küçük düzeltme gerekli olabilir, yani frekans eşitleme işlevi tasarıma dahil edildikten sonra sıcaklık telafisini yeniden değerlendirin
Güç sınırı
Şekil 1'de gösterilen ön tasarımla ilgili temel sorun, RF giriş gücü arttıkça, RF aşırı hızının çıkış kazanım aşamasında meydana gelmesidir. Herhangi bir kazanç aşamasının doymuş çıkış gücü, kuyruktaki bir sonraki amplifikatörün mutlak maksimum girişini aştığında, RF aşırı hızlanma meydana gelecektir. Ek olarak, tasarım VSWR ile ilgili dalgalanmalara eğilimlidir ve küçük RF paketindeki yüksek sönümlenmemiş kazanç nedeniyle salınımların meydana gelmesi muhtemeldir.
RF overdrive'ı önlemek, VSWR etkilerini ortadan kaldırmak ve salınım riskini azaltmak için, gücü ve kazancı azaltmak için her kazanç aşaması arasına sabit bir zayıflatıcı eklenebilir. Salınımları önlemek için RF kapağında bir RF emici de gerekli olabilir. MMIC'nin nominal giriş gücü seviyesinin altına her kazanç aşamasının maksimum giriş gücünü azaltmak için yeterli zayıflatma gereklidir. Cihazlar arasındaki sıcaklık değişikliklerini ve farklılıkları barındırmak için üst giriş gücü marjını barındırmak için yeterli zayıflama dahil edilmelidir. Şekil 2, sınırlayıcı amplifikatör zincirinde RF zayıflatıcıya nerede ihtiyaç duyulduğunu gösterir.
Şekil 2. RF aşırı hız düzeltme blok şeması
ADI'nin geniş bant sınırlayıcı amplifikatörü HMC7891, çalışma aralığının 462 dBm'ye ulaşmasını sağlamak için dört HMC10 kazanç aşaması kullanır. Mutlak maksimum giriş gücü 15 dBm'dir. Her kazanç aşaması, maksimum 18 dBm RF girişini tolere edebilir. Önceki paragrafta ana hatları verilen tasarım adımlarının ardından, maksimum amplifikatör giriş gücü seviyesinin 17 dBm'yi aşmamasını sağlamak için iki kazanç aşaması arasına bir zayıflatıcı eklenmiştir. Şekil 3, tasarıma sabit bir zayıflatıcı eklendiğinde her kazanç aşamasının girişindeki maksimum güç seviyesini göstermektedir.
Şekil 3. POUT ve frekans arasındaki ilişkinin simülasyonu, RF aşırı hız düzeltmesi
Tasarım, çalışma sıcaklığı aralığını genişletmek için termal olarak dengelenmiştir. Sınırlayıcı amplifikatör uygulamaları için genel termal aralık gereksinimi -40 ° C ila + 85 ° C'dir. Deneyime dayalı olarak, dört seviyeli bir amplifikatör tasarımının kazanç değişimini tahmin etmek için 0.01 dB / ° / seviye kazanç değişim formülü kullanılabilir. Sıcaklık düştükçe kazanç artar ve bunun tersi de geçerlidir. Ortam kazancını temel olarak kullanarak, toplam kazancın 2.4 ° C'de 85 dB azalması ve –2.6 ° C'de 40 dB artması beklenmektedir.
Tasarımı termal olarak dengelemek için, ticari olarak temin edilebilen bir Thermopad® sıcaklık değişken zayıflatıcı, sabit zayıflatıcıyı değiştirmek üzere takılabilir. Şekil 4, ticari olarak temin edilebilen geniş bantlı bir Thermopad zayıflatıcının test sonuçlarını gösterir. Thermopad test verilerine ve tahmini kazanç değişikliklerine dayanarak, dört aşamalı sınırlayıcı amplifikatör tasarımını termal olarak telafi etmek için iki Thermopad zayıflatıcıya ihtiyaç olduğu açıktır.
Şekil 4. Thermopad aşırı sıcaklık kaybı
Thermopad'in nereye yerleştirileceğine karar vermek önemli bir karardır. Thermopad zayıflatıcı kaybı özellikle düşük sıcaklık koşullarında artacağından, yüksek limit çıkış gücü seviyesini korumak için RF zincirinin çıkış ucuna yakın bileşen eklemekten kaçınmak iyi bir uygulamadır. Thermopad için ideal konum, Şekil 5'te vurgulanan konum olan ilk üç amplifikatör aşaması arasındadır.
Şekil 5. Termal kompanzasyon blok şeması
ADI'nin termal kompanzasyon HMC7891 küçük sinyal performansının simülasyon sonucu Şekil 6'da gösterilmektedir. Frekans eşitlemeden önce, kazanç değişikliği maksimum 2.5 dB'ye düşürülmüştür. Bu, gerekli ± 1.5 dB kazanç değişimi aralığı içindedir.
Şekil 6. HMC7891 sıcaklık üzerinden simüle edilmiş küçük sinyal kazancı
Frekans eşitleme
Bu, çoğu geniş bantlı amplifikatörde doğal kazanç düşüşünü telafi eder. Pasif GaAs MMIC yongaları dahil olmak üzere çeşitli ekolayzer tasarımları vardır. Pasif MMIC ekolayzerlerinin boyutları küçüktür ve DC ve kontrol sinyali gereksinimleri yoktur, bu nedenle amplifikatör tasarımını sınırlamak için çok uygundurlar. Gereken frekans eşitleyicilerin sayısı, sınırlayıcı yükselticinin telafi edilmemiş kazanç eğimine ve seçilen eşitleyicinin tepkisine bağlıdır. Bir tasarım önerisi, daha yüksek frekanslarda kazanç üzerinde daha büyük bir etkiye sahip olan paket parazitlerinin yanı sıra ofset iletim hattı kaybına ve konektör kaybına verilen frekans tepkisini biraz fazla telafi etmektir. Şekil 7, özel ADI GaAs frekans ekolayzerinin test sonuçlarını gösterir.
Şekil 7. Ölçülen frekans ekolayzer kaybı
ADI'nin HMC7891 sınırlayıcı amplifikatörü, termal olarak dengelenmiş küçük sinyal yanıtını düzeltmek için üç frekans eşitleyiciye ihtiyaç duyar. Şekil 8, termal kompanzasyon ve frekans eşitlemesinden sonra HMC7891'in simülasyon sonuçlarını göstermektedir. Ekolayzerin nereye yerleştirileceğine karar vermek, başarılı bir tasarım için çok önemlidir. Herhangi bir ekolayzer eklemeden önce, ideal bir sınırlayıcı amplifikatörün, aşırı doygunluğu önlemek için tüm kazanç aşamaları arasında maksimum amplifikatör sıkıştırmasını eşit olarak dağıtması gerektiğini unutmayın. Diğer bir deyişle, en kötü durumda, her MMIC eşit şekilde sıkıştırılmalıdır.
Şekil 8. HMC7891 simülasyon frekansı eşitleme sıcaklık üzerinden küçük sinyal kazancı
Şekil 5'te gösterilen mevcut tasarım aşamasında, cihazın çıkışındaki sabit zayıflatıcıyı değiştirmek için cihazın girişine Thermopad zayıflatıcı ile seri bağlanmış bir ekolayzer eklenebilir. Bunu neden yaptın? Dört neden
1. Sınırlayıcı amplifikatörün girişine bir ekolayzer eklemek, ilk kazanç aşamasının gücünü azaltacaktır. Bu nedenle, seviye 1'in sıkıştırması azaltılır. Kazanç aşaması sıkıştırmasındaki azalma, sınırlayıcı dinamik aralıktaki azalmaya eşdeğerdir. Ek olarak, ekolayzerin zayıflatma eğimi nedeniyle sınırlayıcı dinamik aralık, frekans aralığında dağıtılır. Frekans ne kadar düşükse, dinamik aralık o kadar azalır. Azalan sınırlayıcı dinamik aralığı telafi etmek için, RF giriş gücü artırılmalıdır. Bununla birlikte, ekolayzerin eğimi nedeniyle, giriş gücündeki düzensiz bir artış, amplifikatör kazanç aşamasının aşırı hız riskini artıracaktır. Cihazın girişine ekolayzer eklemek mümkündür ancak burası ideal konum değildir.
2. Thermopad ile seri bağlanmış bir ekolayzer eklemek sonraki amplifikatörlerin sıkıştırmasını azaltacaktır. Bu, amplifikatör sıkıştırmasının kazanç aşamaları arasında eşit olmayan dağılımına neden olacak ve genel sınırlayıcı dinamik aralığı azaltacaktır. Ekolayzerin Thermopad zayıflatıcı ile seri bağlanması önerilmez.
3. Sabit zayıflatıcılar yerine bir veya daha fazla eşitleyicinin kullanılması yalnızca çıkış aşaması amplifikatörünün sıkıştırma seviyesini değiştirecektir. Bu varyasyonu en aza indirmek ve RF aşırı hızlanmayı önlemek için, eşitleyici kaybı kabaca sistemden çıkarılan sabit zayıflama değerine eşit olmalıdır. Ek olarak, yukarıda belirtildiği gibi, kazanç aşamasından önce bir ekolayzer eklemek, sınırlayıcı dinamik aralık ve frekansın dağılmasına neden olacaktır. Bu etkiyi en aza indirmek için, olabildiğince az eşitleyiciyi değiştirin.
4. Ekolayzır, cihazın çıkışına eklenebilir. Çıktı eşitleme, çıktı gücünü azaltacak, ancak sınırlayıcı dinamik aralık dağılımı üretmeyecektir. Çıktı eşitleme, biraz pozitif bir çıktı gücü eğimi üretir, ancak bu eğim, yüksek frekanslı paketleme ve konektör kayıpları ile dengelenir.
Tamamlanmış dört aşamalı sınırlayıcı amplifikatör düzeni Şekil 9'da gösterilmektedir.
Şekil 9. Frekans eşitlemesinin blok şeması
Şekil 10, ADI HMC7891'in çıkış gücü ve sıcaklık simülasyon sonuçlarını göstermektedir. Nihai tasarım, 40 dB'lik sınırlayıcı bir dinamik aralığa ulaştı. Tüm çalışma koşullarında, simüle edilmiş en kötü durum çıkış gücü değişikliği 3 dB idi.
Şekil 10. HMC7891'in simüle edilmiş PSAT'ı ile sıcaklık aralığı içindeki frekans arasındaki ilişki
Bizim diğer ürün:
