RF büdcə analizinin məqsədi məhdudlaşdırıcı gücləndiricidəki müxtəlif sınaq nöqtələrinin genişzolaqlı tezlik reaksiyasını və RF güc səviyyəsini yoxlamaqdır. Ən pis işləmə temperaturu, yamac qazanma və geniş RF giriş güc aralığını düzəltmək üçün analiz tamamlanmalıdır.
Bəs RF büdcə təhlilinin nə olduğunu kim bilir?
40 dB məhdudlaşdıran dinamik aralığa malik bir məhdudlaşdırıcı gücləndiricinin əsas düzeni dörd qazanc bloku gücləndiricisindən və ya LNA-dan ibarət bir kaskaddır. İdeal dizayn fərqli tezliklərdə güc dəyişməsini azaltmaq və istilik / yamac kompensasiya tələblərini minimuma endirmək üçün yalnız bir və ya iki xüsusi gücləndirici cihazdan istifadə edir. Şəkil 1 temperatur düzəldilməsindən və yamac kompensasiyasından əvvəl ilk başlanğıc məhdudlaşdırıcı gücləndiricilərin blok diaqramını göstərir.
Şəkil 1. İlkin dizaynın blok diaqramı
Əvvəlcə kiçik bir fayda verin, genişzolaqlı məhdudlaşdırıcı gücləndiricinin dizaynını tamamlamaq üçün bir üsul tövsiyə edin:
1. Məhdudlaşdırıcı güc dinamikasını idarə edin və RF həddindən artıq sürmə şərtlərini aradan qaldırın
2. İstilik aralığında performansı optimallaşdırın
3. Nəhayət, gücün kəsilməsini düzəldin və kiçik siqnal qazancını düzləşdirin
4. Son kiçik düzəliş lazım ola bilər, yəni tezliyin bərabərləşdirilməsi funksiyası dizayna daxil edildikdən sonra temperatur kompensasiyasına yenidən baxın
Güc limiti
Şəkil 1-də göstərilən ilkin dizaynla bağlı əsas problem, RF giriş gücünün artması ilə, RF qazancının artma mərhələsində meydana çıxmasıdır. Hər hansı bir qazanc mərhələsinin doymuş çıxış gücü növbədəki növbəti gücləndiricinin mütləq maksimum girişini aşdıqda, RF həddindən artıq sürmə meydana gələcək. Əlavə olaraq, dizayn VSWR ilə əlaqəli dalğalanmalara meyllidir və kiçik RF paketindəki yüksək sönməmiş qazanc səbəbiylə salınımların baş verəcəyi ehtimal olunur.
RF overdrive qarşısını almaq, VSWR təsirlərini aradan qaldırmaq və rəqs riskini azaltmaq üçün güc və qazanc azaltmaq üçün hər bir qazanma mərhələsi arasında sabit bir zəiflətici əlavə edilə bilər. Salınımları aradan qaldırmaq üçün RF qapağında bir RF emici tələb oluna bilər. Hər qazanc mərhələsinin maksimum giriş gücünü MMIC-nin nominal giriş gücü səviyyəsinin altına salmaq üçün kifayət qədər zəifləmə lazımdır. Cihazlar arasındakı temperatur dəyişikliklərinə və fərqlərinə uyğun olaraq, üst giriş güc marjını yerləşdirmək üçün kifayət qədər zəifləmə daxil edilməlidir. Şəkil 2, məhdudlaşdırıcı gücləndirici zəncirdə RF zəiflədicisinin lazım olduğu yeri göstərir.
Şəkil 2. RF overdrive korreksiyası blok diaqramı
ADI-nin genişzolaqlı məhdudlaşdırıcı gücləndiricisi HMC7891, əməliyyat diapazonunun 462 dBm-ə çatmasına imkan vermək üçün dörd HMC10 qazanma mərhələsindən istifadə edir. Mütləq maksimum giriş gücü 15 dBm-dir. Hər qazanc mərhələsi maksimum 18 dBm RF girişinə dözə bilər. Əvvəlki bənddə göstərilən dizayn addımlarından sonra, maksimum gücləndirici giriş gücü səviyyəsinin 17 dBm-dən çox olmamasını təmin etmək üçün iki qazanma mərhələsi arasında bir zəifləyici əlavə edilmişdir. Şəkil 3 dizaynına sabit bir zəiflədici əlavə edildikdə hər bir qazanma mərhələsinin girişindəki maksimum güc səviyyəsini göstərir.
Şəkil 3. POUT və tezlik arasındakı əlaqənin simulyasiyası, RF overdrive düzəlişi
İşləmə temperaturu aralığını genişləndirmək üçün dizayn termal olaraq kompensasiya olunur. Gücləndirici tətbiqetmələrini məhdudlaşdırmaq üçün ümumi istilik aralığı tələbi -40 ° C ilə + 85 ° C arasındadır. Təcrübəyə əsaslanaraq 0.01 dB / ° / səviyyə qazanc dəyişmə formulu dörd səviyyəli gücləndirici dizaynının qazanc dəyişikliyini qiymətləndirmək üçün istifadə edilə bilər. Qazanc istilik azaldıqca artır və əksinə. Ətraf mühitin mənfəətini baza kimi istifadə edərək, ümumi qazancın 2.4 ° C-də 85 dB azalması və –2.6 ° C-də 40 dB artması gözlənilir.
Dizaynı termal olaraq kompensasiya etmək üçün sabit zəiflədicini əvəz etmək üçün ticari olaraq mövcud olan Thermopad® temperatur dəyişən zəiflətici yerləşdirilə bilər. Şəkil 4 ticari olaraq mövcud olan genişzolaqlı Thermopad zəiflədicisinin sınaq nəticələrini göstərir. Thermopad test məlumatlarına və təxmin edilən qazanc dəyişikliklərinə əsasən, dörd mərhələli məhdudlaşdırıcı gücləndirici dizaynını termal olaraq kompensasiya etmək üçün iki Thermopad zəiflədicisinə ehtiyac olduğu açıqdır.
Şəkil 4. Temperaturun termopad itkisi
Termopadın harada yerləşdiriləcəyinə qərar vermək vacib bir qərardır. Thermopad zəiflədicisinin itkisi, xüsusən aşağı temperatur şəraitində artacağı üçün, yüksək sərhəd çıxış gücü səviyyəsini qorumaq üçün RF zəncirinin çıxış ucuna yaxın komponentlər əlavə etməmək yaxşı bir təcrübədir. Thermopad üçün ideal yer, Şəkil 5-də vurğulanan yer olan ilk üç gücləndirici mərhələ arasındadır.
Şəkil 5. Termal kompensasiya blok diaqramı
ADI-nin istilik kompensasiyası HMC7891 kiçik siqnal performansının simulyasiya nəticəsi Şəkil 6-da göstərilir. Tezlik bərabərləşmədən əvvəl qazanc dəyişikliyi maksimum 2.5 dB-ə endirilir. Bu, tələb olunan ± 1.5 dB qazanc dəyişikliyi aralığındadır.
Şəkil 6. HMC7891, temperaturdan kiçik siqnal qazancını simulyasiya etmişdir
Tezliyin bərabərləşdirilməsi
Bu, əksər genişzolaqlı gücləndiricilərdə təbii qazancın azalmasını kompensasiya edir. Pasif GaAs MMIC çipləri də daxil olmaqla müxtəlif ekvalayzer dizaynları mövcuddur. Pasif MMIC ekvalayzerləri kiçik ölçülüdür və DC və nəzarət siqnal tələblərinə malik deyildir, buna görə gücləndirici dizaynını məhdudlaşdırmaq üçün çox uyğundur. Tələb olunan tezlik ekvalayzerlərinin sayı, məhdudlaşdırıcı gücləndiricinin kompensasiya olunmamış qazanc meylinə və seçilmiş ekvalayzerin reaksiya göstəricisinə bağlıdır. Dizayn tövsiyəsi, ofset ötürücü xətt itkisinə və bağlayıcı itkisinə, eləcə də daha yüksək tezliklərdə qazanc üzərində daha çox təsir göstərən paket parazitlərinə qarşı reaksiya dərəcəsini bir az çox kompensasiya etməkdir. Şəkil 7 xüsusi ADI GaAs tezlik ekvalayzerinin sınaq nəticələrini göstərir.
Şəkil 7. Ölçülmüş tezlik ekvalayzer itkisi
ADI-nin HMC7891 məhdudlaşdırıcı gücləndiricisi, termal olaraq kompensasiya olunmuş kiçik siqnal cavabını düzəltmək üçün üç tezlikli ekvalayzer tələb edir. Şəkil 8, HMC7891-in istilik kompensasiyası və tezlik bərabərləşməsindən sonra simulyasiya nəticələrini göstərir. Ekvalayzerin hara qoyulacağına qərar vermək uğurlu dizayn üçün vacibdir. Hər hansı bir ekvalayzer əlavə etmədən əvvəl, ideal bir məhdudlaşdırıcı gücləndiricinin həddindən artıq doyma qarşısını almaq üçün maksimum gücləndirici sıxılmasını bütün qazanc mərhələləri arasında bərabər paylamalı olduğunu unutmayın. Başqa sözlə, ən pis halda hər MMİK bərabər şəkildə sıxılmalıdır.
Şəkil 8. HMC7891 simulyasiya tezliyinin bərabərləşdirilməsi temperaturdan kiçik siqnal qazancı
Şəkil 5-də göstərilən cari dizayn mərhələsində cihazın girişindəki sabit zəiflədicini əvəz etmək üçün cihazın girişinə Termopad zəiflədici ilə ardıcıl olaraq bağlanan bir ekvalayzer əlavə edilə bilər. Bunu niyə etdin? Dörd səbəb
1. Məhdudlaşdırıcı gücləndiricinin girişinə ekvalayzer əlavə etmək ilk qazanma mərhələsinin gücünü azaldacaqdır. Buna görə, səviyyə 1-nin sıxılması azalır. Qazanc mərhələsində sıxılma azalması, məhdud dinamik aralığın azalmasına bərabərdir. Əlavə olaraq, ekvalayzerin zəifləməsi meylinə görə, məhdudlaşdıran dinamik aralıq tezlik aralığında dağılır. Tezlik nə qədər az olsa, dinamik aralıq bir o qədər azalır. Azaldılmış məhdudlaşdıran dinamik aralığı kompensasiya etmək üçün RF giriş gücü artırılmalıdır. Bununla birlikdə, ekvalayzerin meylinə görə giriş gücündəki qeyri-bərabər artım, gücləndirici qazanma mərhələsinin aşırı sürətlənmə riskini artıracaqdır. Cihazın girişinə ekvalayzer əlavə etmək mümkündür, lakin bu ideal yer deyil.
2. Thermopad ilə ardıcıl olaraq birləşdirilmiş ekvalayzer əlavə etmək sonrakı gücləndiricilərin sıxılmasını azaldır. Bu, gücləndirici sıxılma qazanc mərhələləri arasında qeyri-bərabər paylanmasına və ümumi məhdudlaşdırıcı dinamik aralığın azaldılmasına səbəb olacaqdır. Ekvalayzerin Thermopad zəiflədici ilə ardıcıl birləşdirilməsi tövsiyə edilmir.
3. Sabit zəiflədicilər əvəzinə bir və ya daha çox ekvalayzerdən istifadə yalnız çıxış mərhələsi gücləndiricisinin sıxılma səviyyəsini dəyişdirəcəkdir. Bu dəyişməni minimuma endirmək və RF-nin həddindən artıq sürməsinin qarşısını almaq üçün ekvalayzer itkisi sistemdən çıxarılan sabit zəifləmə dəyərinə təxminən bərabər olmalıdır. Əlavə olaraq, yuxarıda qeyd edildiyi kimi, qazanc mərhələsindən əvvəl bir ekvalayzer əlavə etmək, məhdudlaşdıran dinamik aralığın və tezliyin dağılması ilə nəticələnəcəkdir. Bu təsiri minimuma endirmək üçün mümkün qədər az ekvalayzer əvəz edin.
4. Ekvalayzer cihazın çıxışına əlavə edilə bilər. Çıxış bərabərləşdirilməsi çıxış gücünü azaldacaq, lakin məhdud aralıq dispersiyası yaratmayacaq. Çıxış bərabərləşdirilməsi bir az müsbət çıxış gücü meylini meydana gətirir, lakin bu meyl yüksək tezlikli qablaşdırma və bağlayıcı itkiləri ilə kompensasiya olunur.
Bitmiş dörd mərhələli məhdudlaşdırıcı gücləndirici düzeni Şəkil 9-da göstərilmişdir.
Şəkil 9. Tezliyin bərabərləşdirilməsinin blok diaqramı
Şəkil 10, ADI HMC7891-in çıxış gücü və temperatur simulyasiyasının nəticələrini göstərir. Son dizayn 40 dB-lik bir məhdudlaşdırıcı dinamik interval əldə etdi. Bütün iş şəraitində simulyasiya edilmiş ən pis çıxış gücü 3 dB idi.
Şəkil 10. HMC7891-in süni PSAT ilə temperatur aralığındakı tezlik arasındakı əlaqə
Bizim digər məhsul:
