RF budžeta analīzes mērķis ir pārbaudīt dažādu testa punktu platjoslas frekvences reakciju un RF jaudas līmeni ierobežojošajā pastiprinātājā. Analīze jāpabeidz, lai koriģētu sliktāko darba temperatūru, pastiprinājuma slīpumu un plašu RF ieejas jaudas diapazonu.
Tātad, kas zina, kas ir RF budžeta analīze?
Ierobežojošā pastiprinātāja ar 40 dB ierobežojošo dinamisko diapazonu pamata izkārtojums ir četru pastiprinājuma bloku pastiprinātāju vai LNA kaskāde. Ideālā dizainā tiek izmantota tikai viena vai divas īpašas pastiprinātāja ierīces, lai samazinātu jaudas svārstības dažādās frekvencēs un samazinātu siltuma / slīpuma kompensācijas prasības. 1. attēlā parādīta pirmo sākotnējo ierobežojošo pastiprinātāju bloku diagramma pirms temperatūras korekcijas un slīpuma kompensācijas.
1. attēls. Iepriekšējas konstrukcijas blokshēma
Vispirms dodiet nelielu labumu, iesakiet paņēmienu, kā pabeigt platjoslas ierobežojošā pastiprinātāja dizainu:
1. Pārvaldiet ierobežojošo jaudas dinamisko diapazonu un novērsiet RF pārsprieguma apstākļus
2. Optimizējiet veiktspēju temperatūras diapazonā
3. Visbeidzot, izlabojiet barošanas avotu un izlīdziniet mazo signāla pieaugumu
4. Var būt nepieciešama pēdējā nelielā korekcija, tas ir, pēc tam, kad projektā ir iestrādāta frekvences izlīdzināšanas funkcija, pārskatīt temperatūras kompensāciju
Jaudas ierobežojums
Galvenā problēma ar 1. attēlā parādīto provizorisko konstrukciju ir tāda, ka, palielinoties RF ieejas jaudai, visticamāk, RF overdrive notiks izejas pieauguma posmā. Kad jebkura pastiprinājuma posma piesātinātā izejas jauda pārsniedz rindas nākamā pastiprinātāja absolūto maksimālo ievadi, notiks RF pārspriegums. Turklāt dizains ir pakļauts ar VSWR saistītiem viļņiem, un svārstības, visticamāk, rodas nelielā RF paketes lielā neapturētā pastiprinājuma dēļ.
Lai novērstu RF pārmērīgu piedziņu, novērstu VSWR efektus un samazinātu svārstību risku, starp katru pastiprināšanas pakāpi var pievienot fiksētu vājinātāju, lai samazinātu jaudu un palielinājumu. RF absorbētājs var būt vajadzīgs arī uz RF vāka, lai novērstu svārstības. Nepieciešams pietiekams vājinājums, lai samazinātu katra pastiprināšanas posma maksimālo ieejas jaudu zem MMIC nominālās ieejas jaudas līmeņa. Jāiekļauj pietiekams vājinājums, lai pielāgotu augšējo ieejas jaudas rezervi, lai pielāgotos temperatūras izmaiņām un atšķirībām starp ierīcēm. 2. attēlā parādīts, kur ierobežojošā pastiprinātāja ķēdē ir nepieciešams RF vājinātājs.
2. attēls. RF overdrive korekcijas blokshēma
ADI platjoslas ierobežojošais pastiprinātājs HMC7891 izmanto četrus HMC462 pastiprināšanas posmus, lai darbības diapazons varētu sasniegt 10 dBm. Absolūtais maksimālais ieejas jauda ir 15 dBm. Katrs pastiprināšanas posms var pieļaut maksimālo RF ieeju 18 dBm. Pēc iepriekšējā punktā aprakstītajām projektēšanas darbībām starp diviem pastiprināšanas posmiem ir pievienots vājinātājs, lai nodrošinātu, ka maksimālais pastiprinātāja ieejas jaudas līmenis nepārsniedz 17 dBm. 3. attēlā parādīts maksimālais jaudas līmenis katra pastiprinājuma posma ieejā, kad projektam tiek pievienots fiksēts vājinātājs.
3. attēls. POUT un frekvences attiecības simulācija, RF overdrive korekcija
Dizains tiek termiski kompensēts, lai paplašinātu darba temperatūras diapazonu. Vispārējā siltuma diapazona prasība, lai ierobežotu pastiprinātāja pielietojumu, ir no -40 ° C līdz + 85 ° C. Balstoties uz pieredzi, pastiprinājuma maiņas formulu 0.01 dB / ° / līmenis var izmantot, lai novērtētu četrpakāpju pastiprinātāja konstrukcijas pastiprinājuma izmaiņas. Palielinājums palielinās, samazinoties temperatūrai, un otrādi. Izmantojot apkārtējās vides pieaugumu kā bāzes līniju, paredzams, ka kopējais pieaugums samazināsies par 2.4 dB 85 ° C temperatūrā un palielināsies par 2.6 dB pie –40 ° C.
Lai termiski kompensētu dizainu, var ievietot tirgū pieejamu Thermopad® temperatūras mainīgo vājinātāju, lai nomainītu fiksēto vājinātāju. 4. attēlā parādīti komerciāli pieejama platjoslas Thermopad vājinātāja testa rezultāti. Balstoties uz Thermopad testa datiem un aplēstajām pieauguma izmaiņām, ir acīmredzams, ka četru pakāpju ierobežojošā pastiprinātāja konstrukcijas termiskai kompensēšanai ir nepieciešami divi Thermopad vājinātāji.
4. attēls. Termopadas zudumi virs temperatūras
Izlemt, kur ievietot Thermopad, ir svarīgs lēmums. Tā kā Thermopad vājinātāja zudumi palielināsies, īpaši zemas temperatūras apstākļos, ir laba prakse izvairīties no komponentu pievienošanas tuvu RF ķēdes izejas galam, lai saglabātu augstu izejas jaudas limitu. Ideāla Thermopad atrašanās vieta ir starp pirmajiem trim pastiprinātāja posmiem, kas ir 5. attēlā iezīmētā vieta.
5. attēls. Termiskās kompensācijas blokshēma
ADI siltuma kompensācijas HMC7891 mazā signāla darbības simulācijas rezultāts ir parādīts 6. attēlā. Pirms frekvences izlīdzināšanas pastiprinājuma izmaiņas tiek samazinātas līdz maksimāli 2.5 dB. Tas ir vajadzīgajā ± 1.5 dB pieauguma izmaiņu diapazonā.
6. attēls. HMC7891 simulēja nelielu signāla pieaugumu virs temperatūras
Frekvences izlīdzināšana
Tas kompensē dabiskā pastiprinājuma aizplūšanu lielākajā daļā platjoslas pastiprinātāju. Ir dažādi ekvalaizera modeļi, ieskaitot pasīvos GaAs MMIC mikroshēmas. Pasīvie MMIC ekvalaizeri ir maza izmēra, un tiem nav prasību par līdzstrāvas un vadības signālu, tāpēc tie ir ļoti piemēroti pastiprinātāja konstrukcijas ierobežošanai. Nepieciešamo frekvences izlīdzinātāju skaits ir atkarīgs no ierobežojošā pastiprinātāja nekompensētā pastiprinājuma slīpuma un izvēlētā ekvalaizera reakcijas. Dizaina ieteikums ir nedaudz pārmērīgi kompensēt frekvences reakciju, lai kompensētu pārvades līnijas zudumu un savienotāju zudumu, kā arī iepakojuma parazītus, kuriem ir lielāka ietekme uz pastiprinājumu augstākās frekvencēs. 7. attēlā parādīti pielāgotā ADI GaAs frekvences ekvalaizera testa rezultāti.
7. attēls. Izmērītie frekvences ekvalaizera zudumi
ADI HMC7891 ierobežojošajam pastiprinātājam ir nepieciešami trīs frekvences izlīdzinātāji, lai izlabotu termiski kompensēto mazo signāla reakciju. 8. attēlā parādīti HMC7891 simulācijas rezultāti pēc termiskās kompensācijas un frekvences izlīdzināšanas. Lai veiksmīgi izstrādātu dizainu, izšķiroša nozīme ir izlīdzinātāja ievietošanai. Pirms pievienojat ekvalaizerus, atcerieties, ka ideālam ierobežojošam pastiprinātājam vienmērīgi jāsadala pastiprinātāja maksimālā saspiešana starp visiem pastiprināšanas posmiem, lai izvairītos no pārmērīga piesātinājuma. Citiem vārdiem sakot, sliktākajā gadījumā katram MMIC jāsaspiež vienādi.
8. attēls. HMC7891 simulācijas frekvences izlīdzināšanas neliels signāla pieaugums virs temperatūras
Pašreizējā projektēšanas posmā, kas parādīts 5. attēlā, pie ierīces ieejas var pievienot ekvalaizeru, kas sērijveidā savienots ar Thermopad vājinātāju, lai nomainītu fiksēto vājinātāju ierīces izejā. Kāpēc jūs to izdarījāt? Četri iemesli
1. Ekvalaizera pievienošana ierobežojošā pastiprinātāja ieejai samazinās pirmā pastiprinājuma posma jaudu. Tāpēc 1. līmeņa saspiešana tiek samazināta. Stiprinājuma pakāpes saspiešanas samazinājums ir līdzvērtīgs ierobežojošā dinamiskā diapazona samazinājumam. Turklāt ekvalaizera vājināšanās slīpuma dēļ ierobežojošais dinamiskais diapazons ir izkliedēts frekvenču diapazonā. Jo zemāka frekvence, jo vairāk tiek samazināts dinamiskais diapazons. Lai kompensētu samazināto ierobežojošo dinamisko diapazonu, jāpalielina RF ieejas jauda. Tomēr, ņemot vērā ekvalaizera slīpumu, nevienmērīgs ieejas jaudas pieaugums palielinās pastiprinātāja pastiprināšanas pakāpes pārsprieguma risku. Ierīces ieejai ir iespējams pievienot ekvalaizeru, taču tā nav ideāla vieta.
2. Pievienojot ekvalaizeri, kas sērijveidā savienots ar Thermopad, samazināsies nākamo pastiprinātāju saspiešana. Tas radīs nevienmērīgu pastiprinātāja saspiešanas sadalījumu starp pastiprināšanas pakāpēm, samazinot kopējo ierobežojošo dinamisko diapazonu. Ekvalaizeru nav ieteicams sērijveidā savienot ar vājinātāju Thermopad.
3. Izmantojot vienu vai vairākus ekvalaizerus fiksēto vājinātāju vietā, mainīs tikai izejas pakāpes pastiprinātāja saspiešanas līmeni. Lai samazinātu šīs variācijas un izvairītos no RF pārsprieguma, ekvalaizera zudumam jābūt aptuveni vienādam ar fiksēto vājināšanas vērtību, kas noņemta no sistēmas. Turklāt, kā minēts iepriekš, ekvalaizera pievienošana pirms pastiprināšanas posma radīs ierobežojošā dinamiskā diapazona un frekvences izkliedi. Lai samazinātu šo efektu, nomainiet pēc iespējas mazāk ekvalaizeru.
4. Ekvalaizeru var pievienot ierīces izejai. Izvades izlīdzināšana samazinās izejas jaudu, bet neradīs ierobežojošu dinamiskā diapazona izkliedi. Izvades izlīdzināšana rada nedaudz pozitīvu izejas jaudas slīpumu, taču šo slīpumu kompensē augstfrekvences iepakojuma un savienotāju zudumi.
Gatavais četrpakāpju ierobežojošā pastiprinātāja izkārtojums parādīts 9. attēlā.
9. attēls. Frekvences izlīdzināšanas blokshēma
10. attēlā parādīti ADI HMC7891 izejas jaudas un temperatūras simulācijas rezultāti. Galīgais dizains sasniedza ierobežojošo dinamisko diapazonu 40 dB. Visos ekspluatācijas apstākļos simulētā sliktākā gadījuma izejas jaudas maiņa bija 3 dB.
10. attēls. Attiecība starp HMC7891 modelēto PSAT un frekvenci temperatūras diapazonā
citu mūsu produktu:
