Celem analizy budżetu RF jest sprawdzenie szerokopasmowej odpowiedzi częstotliwościowej i poziomu mocy RF w różnych punktach testowych we wzmacniaczu ograniczającym. Analiza musi zostać zakończona, aby skorygować temperaturę pracy w najgorszym przypadku, nachylenie wzmocnienia i szeroki zakres mocy wejściowej RF.
Więc kto wie, co to jest analiza budżetu RF?
Podstawowy układ wzmacniacza ograniczającego z ograniczającym zakresem dynamiki 40 dB to kaskada czterech wzmacniaczy blokowych wzmocnienia lub LNA. Idealna konstrukcja wykorzystuje tylko jedno lub dwa dedykowane wzmacniacze, aby zmniejszyć wahania mocy przy różnych częstotliwościach i zminimalizować wymagania dotyczące kompensacji termicznej / zbocza. Rysunek 1 przedstawia schemat blokowy pierwszych początkowych wzmacniaczy ograniczających przed korekcją temperatury i kompensacją nachylenia.
Rysunek 1. Schemat blokowy projektu wstępnego
Najpierw mała korzyść, polecam technikę zakończenia projektowania wzmacniacza ograniczającego szerokopasmowy:
1. Zarządzaj ograniczającym zakresem dynamiki mocy i eliminuj warunki przesterowania RF
2. Zoptymalizuj wydajność w zakresie temperatur
3. Na koniec skoryguj spadek mocy i spłaszcz małe wzmocnienie sygnału
4. Ostatnia niewielka korekta może być konieczna, to znaczy po uwzględnieniu funkcji wyrównywania częstotliwości w projekcie należy ponownie rozważyć kompensację temperatury
Limit mocy
Główny problem ze wstępnym projektem przedstawionym na rysunku 1 polega na tym, że wraz ze wzrostem mocy wejściowej RF, prawdopodobnie wystąpi przesterowanie RF na stopniu wzmocnienia wyjściowego. Gdy nasycona moc wyjściowa dowolnego stopnia wzmocnienia przekracza bezwzględne maksymalne wejście następnego wzmacniacza w kolejce, nastąpi przesterowanie RF. Ponadto konstrukcja jest podatna na tętnienia związane z VSWR, a oscylacje mogą wystąpić z powodu dużego wzmocnienia nietłumionego w małej obudowie RF.
Aby zapobiec przesterowaniu RF, wyeliminować efekty VSWR i zmniejszyć ryzyko oscylacji, można dodać stały tłumik między każdym stopniem wzmocnienia, aby zmniejszyć moc i wzmocnienie. Może być również wymagany absorber RF na pokrywie RF, aby wyeliminować oscylacje. Potrzebne jest wystarczające tłumienie, aby zmniejszyć maksymalną moc wejściową każdego stopnia wzmocnienia poniżej znamionowego poziomu mocy wejściowej MMIC. Należy uwzględnić wystarczające tłumienie, aby uwzględnić górny margines mocy wejściowej, aby uwzględnić zmiany temperatury i różnice między urządzeniami. Rysunek 2 pokazuje, gdzie tłumik RF jest potrzebny w łańcuchu wzmacniacza ograniczającego.
Rysunek 2. Schemat blokowy korekcji przesterowania RF
Szerokopasmowy wzmacniacz ograniczający ADI HMC7891 wykorzystuje cztery stopnie wzmocnienia HMC462, aby zakres roboczy osiągnął 10 dBm. Bezwzględna maksymalna moc wejściowa wynosi 15 dBm. Każdy stopień wzmocnienia może tolerować maksymalne wejście RF wynoszące 18 dBm. Zgodnie z krokami konstrukcyjnymi opisanymi w poprzednim akapicie, pomiędzy dwoma stopniami wzmocnienia dodano tłumik, aby zapewnić, że maksymalny poziom wejściowej mocy wzmacniacza nie przekracza 17 dBm. Rysunek 3 przedstawia maksymalny poziom mocy na wejściu każdego stopnia wzmocnienia, gdy do projektu zostanie dodany stały tłumik.
Rysunek 3. Symulacja zależności pomiędzy POUT a częstotliwością, korekcja przesterowania RF
Konstrukcja jest kompensowana termicznie, aby rozszerzyć zakres temperatur roboczych. Ogólny wymóg dotyczący zakresu temperatur dla zastosowań ograniczających wzmacniacz wynosi od -40 ° C do + 85 ° C. Bazując na doświadczeniu, do oszacowania zmiany wzmocnienia konstrukcji czteropoziomowego wzmacniacza można zastosować wzór zmiany wzmocnienia wynoszący 0.01 dB / ° / poziom. Wzmocnienie rośnie wraz ze spadkiem temperatury i odwrotnie. Przyjmując wzmocnienie otoczenia jako punkt odniesienia, oczekuje się, że całkowite wzmocnienie spadnie o 2.4 dB przy 85 ° C i wzrośnie o 2.6 dB przy –40 ° C.
Aby zrekompensować termicznie konstrukcję, można włożyć dostępny w handlu tłumik z regulacją temperatury Thermopad®, zastępujący tłumik stały. Rysunek 4 przedstawia wyniki testów dostępnego na rynku szerokopasmowego tłumika Thermopad. Na podstawie danych z testu Thermopada i oszacowanych zmian wzmocnienia, jest oczywiste, że do kompensacji termicznej czterostopniowego wzmacniacza ograniczającego potrzebne są dwa tłumiki Thermopad.
Rysunek 4. Utrata termopadu z temperaturą
Decyzja, gdzie umieścić Thermopad, to ważna decyzja. Ponieważ utrata tłumika Thermopad będzie rosła, szczególnie w warunkach niskiej temperatury, dobrą praktyką jest unikanie dodawania komponentów w pobliżu wyjściowego końca łańcucha RF w celu utrzymania wysokiego granicznego poziomu mocy wyjściowej. Idealne miejsce na Thermopad znajduje się pomiędzy pierwszymi trzema stopniami wzmacniacza, co jest zaznaczone na rysunku 5.
Rysunek 5. Schemat blokowy kompensacji termicznej
Wynik symulacji pracy małego sygnału HMC7891 kompensacji termicznej ADI jest pokazany na rysunku 6. Przed wyrównaniem częstotliwości zmiana wzmocnienia jest redukowana do maksymalnie 2.5 dB. Jest to wymagane w wymaganym zakresie zmiany wzmocnienia ± 1.5 dB.
Rysunek 6. HMC7891 symulował mały wzrost sygnału w funkcji temperatury
Wyrównanie częstotliwości
To kompensuje naturalny spadek wzmocnienia w większości wzmacniaczy szerokopasmowych. Istnieją różne konstrukcje korektora, w tym pasywne układy MMIC GaAs. Pasywne korektory MMIC mają małe rozmiary i nie mają wymagań dotyczących prądu stałego i sygnału sterującego, więc są bardzo odpowiednie do projektowania wzmacniaczy ograniczających. Liczba wymaganych korektorów częstotliwości zależy od nieskompensowanego zbocza wzmocnienia wzmacniacza ograniczającego i odpowiedzi wybranego korektora. Zaleceniem projektowym jest nieznaczna nadmierna kompensacja odpowiedzi częstotliwościowej przy przesuniętej utracie linii transmisyjnej i utracie złącza, a także pasożytniczych elementów pakietu, które mają większy wpływ na wzmocnienie przy wyższych częstotliwościach. Rysunek 7 przedstawia wyniki testów niestandardowego korektora częstotliwości ADI GaAs.
Rysunek 7. Zmierzona strata korektora częstotliwości
Wzmacniacz ograniczający HMC7891 firmy ADI wymaga trzech korektorów częstotliwości w celu skorygowania skompensowanej termicznie odpowiedzi małego sygnału. Rysunek 8 przedstawia wyniki symulacji HMC7891 po kompensacji termicznej i wyrównaniu częstotliwości. Decyzja, gdzie wstawić korektor, ma kluczowe znaczenie dla udanego projektu. Przed dodaniem jakichkolwiek korektorów należy pamiętać, że idealny wzmacniacz ograniczający powinien równomiernie rozprowadzać maksymalną kompresję wzmacniacza między wszystkie stopnie wzmocnienia, aby uniknąć nadmiernego nasycenia. Innymi słowy, w najgorszym przypadku każdy MMIC powinien kompresować się jednakowo.
Rysunek 8. Symulacja HMC7891 wyrównująca częstotliwość małego wzmocnienia sygnału w funkcji temperatury
W obecnym etapie projektowania pokazanym na rysunku 5, korektor połączony szeregowo z tłumikiem Thermopad można dodać na wejściu urządzenia, aby zastąpić tłumik stały na wyjściu urządzenia. Dlaczego to robisz? Cztery powody
1. Dodanie korektora do wejścia wzmacniacza ograniczającego zmniejszy moc pierwszego stopnia wzmocnienia. Dlatego kompresja poziomu 1 jest zmniejszona. Zmniejszenie kompresji stopnia wzmocnienia jest równoznaczne ze zmniejszeniem ograniczającego zakresu dynamiki. Ponadto, ze względu na nachylenie tłumienia korektora, ograniczający zakres dynamiki jest rozproszony w zakresie częstotliwości. Im niższa częstotliwość, tym bardziej zakres dynamiki jest zmniejszony. Aby skompensować zmniejszony ograniczający zakres dynamiczny, należy zwiększyć moc wejściową RF. Jednak ze względu na nachylenie korektora nierównomierne zwiększenie mocy wejściowej zwiększy ryzyko przesterowania stopnia wzmocnienia wzmacniacza. Możliwe jest dodanie korektora do wejścia urządzenia, ale nie jest to idealne miejsce.
2. Dodanie korektora połączonego szeregowo z Thermopadem zmniejszy kompresję kolejnych wzmacniaczy. Spowoduje to nierównomierny rozkład kompresji wzmacniacza między stopniami wzmocnienia, zmniejszając ogólny ograniczający zakres dynamiki. Nie zaleca się szeregowego łączenia korektora z tłumikiem Thermopad.
3. Użycie jednego lub więcej korektorów zamiast stałych tłumików zmieni tylko poziom kompresji wzmacniacza stopnia wyjściowego. Aby zminimalizować tę zmienność i uniknąć przesterowania RF, strata korektora powinna być mniej więcej równa ustalonej wartości tłumienia usuniętej z systemu. Ponadto, jak wspomniano powyżej, dodanie korektora przed stopniem wzmocnienia spowoduje rozproszenie ograniczającego zakresu dynamiki i częstotliwości. Aby zminimalizować ten efekt, wymień jak najmniej korektorów.
4. Korektor można dodać do wyjścia urządzenia. Korekcja sygnału wyjściowego zmniejszy moc wyjściową, ale nie spowoduje ograniczenia dyspersji zakresu dynamiki. Korekcja sygnału wyjściowego powoduje nieznacznie dodatnie nachylenie mocy wyjściowej, ale to nachylenie jest kompensowane przez pakowanie wysokiej częstotliwości i straty na złączach.
Gotowy czterostopniowy układ ogranicznika pokazano na rysunku 9.
Rysunek 9. Schemat blokowy wyrównywania częstotliwości
Rysunek 10 przedstawia wyniki symulacji mocy wyjściowej i temperatury ADI HMC7891. Ostateczna konstrukcja osiągnęła ograniczający zakres dynamiki 40 dB. We wszystkich warunkach pracy symulowana najgorsza zmiana mocy wyjściowej wyniosła 3 dB.
Rysunek 10. Zależność między symulowanym PSAT HMC7891 a częstotliwością w zakresie temperatur
Nasze inne produkty:
