Účelom analýzy rozpočtu RF je kontrola širokopásmovej frekvenčnej odozvy a úrovne RF výkonu rôznych testovacích bodov v limitujúcom zosilňovači. Analýza musí byť dokončená, aby sa opravila najhoršia prevádzková teplota, sklon zosilnenia a široký rozsah vstupného výkonu RF.
Takže, kto vie, čo je RF rozpočtová analýza?
Základné usporiadanie obmedzujúceho zosilňovača s obmedzujúcim dynamickým rozsahom 40 dB je kaskáda štyroch zosilňovačov zosilňovacieho bloku alebo LNA. Ideálna konštrukcia využíva iba jedno alebo dve vyhradené zosilňovacie zariadenia na zníženie kolísania výkonu pri rôznych frekvenciách a na minimalizáciu požiadaviek na kompenzáciu tepelnej / strmosti. Obrázok 1 zobrazuje blokovú schému prvých počiatočných obmedzujúcich zosilňovačov pred teplotnou korekciou a kompenzáciou strmosti.
Obrázok 1. Bloková schéma predbežného návrhu
Najskôr prichádza malá výhoda, odporučte techniku na dokončenie návrhu širokopásmového obmedzovacieho zosilňovača:
1. Spravujte limitujúci výkonový dynamický rozsah a eliminujte podmienky RF overdrive
2. Optimalizujte výkon v rozmedzí teplôt
3. Nakoniec opravte vypnutie napájania a vyrovnajte malý zosilnenie signálu
4. Môže byť nevyhnutná posledná menšia korekcia, to znamená, že po začlenení funkcie vyrovnania frekvencie do návrhu znovu zvážte teplotnú kompenzáciu
Výkonový limit
Hlavným problémom predbežného návrhu zobrazeného na obrázku 1 je to, že keď sa zvyšuje vstupný výkon RF, pravdepodobne dôjde k preplneniu RF vo fáze zosilnenia výstupu. Keď nasýtený výstupný výkon ktoréhokoľvek stupňa zosilnenia prekročí absolútny maximálny vstup nasledujúceho zosilňovača vo fronte, dôjde k RF overdrive. Dizajn je navyše náchylný na zvlnenie spojené s VSWR a je pravdepodobné, že dôjde k osciláciám v dôsledku vysokého netlmeného zisku v malom RF balíku.
Aby sa zabránilo vysokofrekvenčnému preťaženiu, eliminovali sa účinky VSWR a znížilo sa riziko oscilácií, je možné medzi každý stupeň zosilnenia pridať pevný útlmový zosilňovač, ktorý zníži výkon a zosilnenie. Na elimináciu kmitov môže byť na vysokofrekvenčnom kryte potrebný aj RF absorbér. Je potrebný dostatočný útlm na zníženie maximálneho príkonu každého stupňa zosilnenia pod menovitú úroveň vstupného výkonu MMIC. Musí sa zahrnúť dostatočný útlm, aby sa vyrovnala najvyššia rezerva vstupného výkonu, aby sa prispôsobili teplotným zmenám a rozdielom medzi zariadeniami. Obrázok 2 ukazuje, kde je potrebný RF útlm v obmedzujúcom reťazci zosilňovača.
Obrázok 2. Blokový diagram korekcie overdrive RF
Širokopásmový obmedzovací zosilňovač ADI HMC7891 využíva štyri zosilňovacie stupne HMC462, aby operačný rozsah dosiahol 10 dBm. Absolútny maximálny príkon je 15 dBm. Každý stupeň zosilnenia môže tolerovať maximálny RF vstup 18 dBm. V súlade s krokmi návrhu načrtnutými v predchádzajúcom odseku bol medzi dva stupne zosilnenia pridaný útlm, aby sa zabezpečilo, že maximálna úroveň vstupného výkonu zosilňovača nepresiahne 17 dBm. Obrázok 3 zobrazuje maximálnu úroveň výkonu na vstupe každého stupňa zosilnenia, keď sa do konštrukcie pridá pevný útlm.
Obrázok 3. Simulácia vzťahu medzi POUT a frekvenciou, korekcia RF overdrive
Konštrukcia je tepelne kompenzovaná kvôli rozšíreniu rozsahu prevádzkových teplôt. Všeobecná požiadavka na tepelný rozsah pre obmedzenie zosilňovača je -40 ° C až + 85 ° C. Na základe skúseností možno na odhadnutie zmeny zosilnenia štvorstupňového zosilňovača použiť vzorec zmeny zosilnenia 0.01 dB / ° / úroveň. Zisk sa zvyšuje so znižovaním teploty a naopak. Ak sa použije základný zisk z okolia, očakáva sa, že sa celkový zisk zníži o 2.4 dB pri 85 ° C a zvýši sa o 2.6 dB pri –40 ° C.
Aby sa tepelne vyrovnal dizajn, je možné vložiť komerčne dostupný tepelný variabilný tlmič Thermopad®, ktorý nahradí pevný tlmič. Obrázok 4 zobrazuje výsledky testov komerčne dostupného širokopásmového zoslabovača Thermopad. Na základe testovacích údajov Thermopad a zmien odhadovaného zosilnenia je zrejmé, že na tepelnú kompenzáciu štvorstupňového obmedzenia zosilňovača sú potrebné dva útlmové články Thermopad.
Obrázok 4. Strata termopadov pri teplote
Rozhodnutie, kam vložiť Thermopad, je dôležité rozhodnutie. Pretože sa strata útlmového člena Thermopad zvýši, najmä za nízkych teplôt, je dobrým zvykom vyhnúť sa pridávaniu komponentov blízko výstupného konca vysokofrekvenčného reťazca, aby sa udržala vysoká medzná úroveň výstupného výkonu. Ideálne umiestnenie pre Thermopad je medzi prvými tromi stupňami zosilňovača, čo je umiestnenie zvýraznené na obrázku 5.
Obrázok 5. Bloková schéma tepelnej kompenzácie
Výsledok simulácie malého signálu ADC s tepelnou kompenzáciou HMC7891 je zobrazený na obrázku 6. Pred vyrovnaním frekvencie sa zmena zosilnenia zníži na maximum 2.5 dB. To je v požadovanom rozsahu zmeny zisku ± 1.5 dB.
Obrázok 6. HMC7891 simuloval malý zisk signálu nad teplotu
Frekvenčné vyrovnanie
Toto kompenzuje postupné zvyšovanie prirodzeného zisku vo väčšine širokopásmových zosilňovačov. Existujú rôzne dizajny ekvalizéra, vrátane pasívnych čipov MMA GaAs. Pasívne ekvalizéry MMIC sú malé a nemajú žiadne požiadavky na DC a riadiaci signál, takže sú veľmi vhodné na obmedzenie konštrukcie zosilňovača. Počet požadovaných frekvenčných ekvalizérov závisí od nekompenzovanej strmosti zosilnenia obmedzujúceho zosilňovača a odozvy vybraného ekvalizéra. Dizajnovým odporúčaním je mierne nadmerne kompenzovať frekvenčnú odozvu na vyrovnanie straty prenosového vedenia a straty konektora, ako aj parazitov balíkov, ktoré majú väčší vplyv na zisk pri vyšších frekvenciách. Obrázok 7 zobrazuje výsledky testov vlastného frekvenčného ekvalizéra ADI GaAs.
Obrázok 7. Strata nameraného kmitočtového ekvalizéra
ADI obmedzujúci zosilňovač HMC7891 vyžaduje tri frekvenčné ekvalizéry na korekciu tepelne kompenzovanej malej odozvy signálu. Obrázok 8 zobrazuje výsledky simulácie HMC7891 po tepelnej kompenzácii a vyrovnaní frekvencie. Rozhodnutie o tom, kam vložiť ekvalizér, je rozhodujúce pre úspešný návrh. Pred pridaním ekvalizérov nezabudnite, že ideálne obmedzujúci zosilňovač by mal rovnomerne rozložiť maximálnu kompresiu zosilňovača medzi všetky stupne zosilnenia, aby sa zabránilo nadmernej saturácii. Inými slovami, v najhoršom prípade by sa každý MMIC mal komprimovať rovnako.
Obrázok 8. HMC7891 vyrovnanie frekvencie simulácie, malý zisk signálu nad teplotu
V súčasnej fáze návrhu, ktorá je znázornená na obrázku 5, je možné na vstup prístroja pridať ekvalizér zapojený do série s útlmovým členom Thermopad, aby sa nahradil pevný útlmový člen na výstupe prístroja. Prečo si to spravil? Štyri dôvody
1. Pridanie ekvalizéra na vstup obmedzujúceho zosilňovača zníži výkon prvého zosilňovacieho stupňa. Preto je kompresia úrovne 1 znížená. Zníženie kompresie zosilňovacieho stupňa je ekvivalentné zníženiu obmedzujúceho dynamického rozsahu. Okrem toho je obmedzujúci dynamický rozsah z dôvodu útlmového sklonu ekvalizéra rozptýlený vo frekvenčnom rozsahu. Čím nižšia je frekvencia, tým viac sa redukuje dynamický rozsah. Aby sa vyrovnal znížený obmedzujúci dynamický rozsah, musí sa zvýšiť vstupný výkon RF. Avšak kvôli sklonu ekvalizéra nerovnomerné zvýšenie vstupného výkonu zvýši riziko preťaženia zosilňovacieho stupňa zosilňovača. K vstupu prístroja je možné pridať ekvalizér, ale to nie je ideálne umiestnenie.
2. Pridaním ekvalizéra zapojeného do série s Thermopad znížite kompresiu nasledujúcich zosilňovačov. To bude mať za následok nerovnomerné rozloženie kompresie zosilňovača medzi stupňami zosilnenia, čo zníži celkové obmedzenie dynamického rozsahu. Neodporúča sa zapojiť ekvalizér do série s oslabovačom Thermopad.
3. Použitím jedného alebo viacerých ekvalizérov namiesto fixných zoslabovačov sa zmení iba úroveň kompresie zosilňovača výstupného stupňa. Aby sa minimalizovala táto variácia a zabránilo sa vysokofrekvenčnému preťaženiu, strata ekvalizéra by sa mala zhruba rovnať hodnote pevného útlmu odstránenej zo systému. Okrem toho, ako bolo uvedené vyššie, pridanie ekvalizéra pred fázu zosilnenia povedie k rozptýleniu obmedzujúceho dynamického rozsahu a frekvencie. Ak chcete tento efekt minimalizovať, vymeňte čo najmenej ekvalizérov.
4. Na výstup prístroja je možné pridať ekvalizér. Vyrovnanie výstupu zníži výstupný výkon, ale neprinesie obmedzujúci rozptyl dynamického rozsahu. Vyrovnanie výkonu produkuje mierne pozitívny sklon výstupného výkonu, ale tento sklon je vyvážený vysokofrekvenčnými obalmi a stratami konektorov.
Hotové usporiadanie štvorstupňového obmedzujúceho zosilňovača je znázornené na obrázku 9.
Obrázok 9. Bloková schéma vyrovnania frekvencie
Obrázok 10 zobrazuje výsledky simulácie výstupného výkonu a teploty ADI HMC7891. Konečný návrh dosiahol obmedzujúci dynamický rozsah 40 dB. Za všetkých prevádzkových podmienok bola simulovaná najhoršia zmena výstupného výkonu 3 dB.
Obrázok 10. Vzťah medzi simulovaným PSAT HMC7891 a frekvenciou v teplotnom rozmedzí
Náš ďalší produkt:
