Namen proračunske analize RF je preveriti širokopasovni frekvenčni odziv in raven RF moči različnih preskusnih točk v omejevalnem ojačevalniku. Analizo je treba dokončati, da se popravijo najslabše obratovalne temperature, naklon ojačenja in širok razpon vhodne moči RF.
Torej, kdo ve, kaj je analiza proračuna RF?
Osnovna postavitev omejevalnega ojačevalnika z mejnim dinamičnim obsegom 40 dB je kaskada štirih ojačevalnih blokovnih ojačevalnikov ali LNA. Idealna zasnova uporablja samo eno ali dve namenski ojačevalni napravi za zmanjšanje nihanja moči pri različnih frekvencah in zmanjšanje zahtev po toplotni / naklonski kompenzaciji. Slika 1 prikazuje blokovni diagram prvih začetnih omejevalnih ojačevalnikov pred temperaturno korekcijo in kompenzacijo naklona.
Slika 1. Blok diagram idejnega načrta
Najprej pride majhna korist, priporočite tehniko za dokončanje zasnove širokopasovnega omejevalnega ojačevalnika:
1. Upravljajte omejevalni dinamični razpon moči in odpravite pogoje prekomerne frekvence RF
2. Optimizirajte delovanje v temperaturnem območju
3. Na koncu popravite odklop moči in izravnajte majhno ojačanje signala
4. Morda bo potreben zadnji manjši popravek, kar pomeni, da po vključitvi funkcije izenačevanja frekvence v načrt ponovno razmislite o temperaturni kompenzaciji.
Omejitev moči
Glavna težava predhodne zasnove, prikazane na sliki 1, je ta, da se s povečanjem vhodne moči RF verjetno pojavi preobremenitev RF na stopnji izhodnega ojačenja. Ko nasičena izhodna moč katerega koli ojačevalnega nivoja preseže absolutno največji vhod naslednjega ojačevalnika v čakalni vrsti, bo prišlo do pretiravanja RF. Poleg tega je zasnova nagnjena k valovanjem, povezanim z VSWR, in verjetno bo prišlo do nihanja zaradi velikega neoviranega ojačanja v majhnem RF paketu.
Da bi preprečili prekomerno vožnjo RF, odpravili učinke VSWR in zmanjšali tveganje nihanja, lahko med vsako stopnjo ojačenja dodamo fiksni dušilnik, da zmanjšamo moč in dobiček. Za odpravo nihanja je na RF-pokrovu morda potreben tudi RF-absorber. Za zmanjšanje največje vhodne moči vsake stopnje ojačenja pod nazivno raven vhodne moči MMIC je potrebno dovolj dušenja. Vključeno mora biti dovolj dušenja, da se prilagodi zgornji meji vhodne moči, da se prilagodi temperaturnim spremembam in razlikam med napravami. Slika 2 prikazuje, kje je potreben RF-dušilnik v omejevalni ojačevalni verigi.
Slika 2. Blokovna shema korekcije RF overdrive
ADI-jev širokopasovni omejevalni ojačevalnik HMC7891 uporablja štiri stopnje ojačenja HMC462, da omogoča doseg delovnega območja 10 dBm. Absolutna največja vhodna moč je 15 dBm. Vsaka stopnja ojačanja lahko prenaša največ RF vhoda 18 dBm. Po korakih načrtovanja, opisanih v prejšnjem odstavku, je bil med obema ojačevalnima stopnjama dodan dušilnik, ki zagotavlja, da največja vhodna moč ojačevalnika ne presega 17 dBm. Slika 3 prikazuje največjo raven moči na vhodu vsake stopnje ojačenja, ko je zasnovi dodan fiksni dušilnik.
Slika 3. Simulacija razmerja med POUT in frekvenco, RF overdrive popravek
Zasnova je toplotno kompenzirana za razširitev območja delovne temperature. Splošna zahteva glede toplotnega območja za omejevanje ojačevalnikov je od -40 ° C do + 85 ° C. Na podlagi izkušenj lahko za oceno spremembe ojačitve štiristopenjske zasnove ojačevalnika uporabimo formulo spremembe ojačitve 0.01 dB / ° / nivo. Dobiček se poveča, ko se temperatura znižuje, in obratno. Z uporabo ojačitve okolja kot izhodišča se pričakuje, da se bo skupni ojačanje zmanjšal za 2.4 dB pri 85 ° C in povečal za 2.6 dB pri –40 ° C.
Za toplotno kompenzacijo zasnove lahko vstavimo komercialno na voljo Thermopad® spremenljivi temperaturni dušilnik, ki nadomesti fiksni dušilnik. Na sliki 4 so prikazani rezultati preskusov komercialno dostopnega širokopasovnega atenuatorja Thermopad. Na podlagi preskusnih podatkov Thermopad in ocenjenih sprememb ojačenja je očitno, da sta za termično kompenzacijo štiristopenjskega omejevalnega ojačevalnika potrebna dva ojačevalnika Thermopad.
Slika 4. Izguba termopada pri temperaturi
Pomembna odločitev je, kje vstaviti Thermopad. Ker se bo izguba ojačevalnika Thermopad povečala, zlasti v pogojih z nizkimi temperaturami, se je dobro izogibati dodajanju komponent blizu izhodnega konca RF verige, da se ohrani visoka mejna izhodna moč. Idealno mesto za Thermopad je med prvimi tremi stopnjami ojačevalnika, kar je označeno na sliki 5.
Slika 5. Blokovni diagram toplotne kompenzacije
Rezultat simulacije ADI-jeve toplotne kompenzacije HMC7891 majhne učinkovitosti signala je prikazan na sliki 6. Pred izenačevanjem frekvence se sprememba ojačanja zmanjša na največ 2.5 dB. To je v zahtevanem območju ± 1.5 dB spremembe ojačanja.
Slika 6. HMC7891 je simuliral majhen dobiček signala nad temperaturo
Izravnava frekvence
To kompenzira naravni dobiček pri večini širokopasovnih ojačevalnikov. Obstajajo različni modeli izenačevalnikov, vključno s pasivnimi čipi GaAs MMIC. Pasivni izenačevalniki MMIC so majhni in nimajo zahtev za enosmerni in krmilni signal, zato so zelo primerni za omejevanje zasnove ojačevalnika. Število potrebnih frekvenčnih izenačevalnikov je odvisno od naklona ojačitve brez kompenzacije omejevalnega ojačevalnika in odziva izbranega izenačevalnika. Priporočilo za zasnovo je, da rahlo prekomerno kompenziramo frekvenčni odziv, da nadomestimo izgubo prenosnega voda in izgubo konektorja, pa tudi parazite, ki bolj vplivajo na ojačanje pri višjih frekvencah. Slika 7 prikazuje rezultate testa izenačevalnika frekvence ADI GaAs po meri.
Slika 7. Izmerjena izguba frekvenčnega izenačevalnika
Omejevalni ojačevalnik ADI HMC7891 zahteva tri frekvenčne izenačevalnike, da popravi toplotno kompenziran odziv majhnega signala. Slika 8 prikazuje rezultate simulacije HMC7891 po toplotni kompenzaciji in izenačitvi frekvence. Odločitev, kam vstaviti izenačevalnik, je ključnega pomena za uspešno zasnovo. Preden dodate kakršne koli izenačevalnike, ne pozabite, da bi moral idealen omejevalni ojačevalnik enakomerno porazdeliti največjo kompresijo ojačevalnika med vse stopnje ojačanja, da se prepreči pretirana nasičenost. Z drugimi besedami, v najslabšem primeru bi moral vsak MMIC stisniti enako.
Slika 8. Simulacija frekvence simulacije HMC7891 majhno povečanje signala nad temperaturo
V trenutni fazi načrtovanja, prikazani na sliki 5, je mogoče na vhod naprave dodati dodatek, ki je zaporedno povezan z atenuatorjem Thermopad, da nadomesti fiksni atenuator na izhodu naprave. Zakaj ste to storili? Štirje razlogi
1. Če na vhod omejevalnega ojačevalnika dodate izenačevalnik, se zmanjša moč prve stopnje ojačanja. Zato se stiskanje nivoja 1 zmanjša. Zmanjšanje kompresije stopnje ojačanja je enakovredno zmanjšanju omejenega dinamičnega območja. Poleg tega je zaradi nagiba dušenja izenačevalnika omejeno dinamično območje razpršeno v frekvenčnem območju. Nižja kot je frekvenca, bolj se zmanjšuje dinamični razpon. Za kompenzacijo zmanjšanega mejnega dinamičnega razpona je treba povečati vhodno moč RF. Vendar pa bo zaradi naklona izenačevalnika neenakomerno povečanje vhodne moči povečalo tveganje za preobremenitev ojačevalne stopnje ojačevalnika. Vhodu naprave je mogoče dodati izenačevalnik, vendar to ni idealno mesto.
2. Če dodate sekvenčno izenačevalnik, priključen na Thermopad, boste zmanjšali stiskanje naslednjih ojačevalnikov. To bo povzročilo neenakomerno porazdelitev kompresije ojačevalnika med ojačevalnimi stopnjami, kar bo zmanjšalo splošno omejitveno dinamično območje. Priporočljivo je, da izenačevalnika zaporedno priključite na dušilnik Thermopad.
3. Uporaba enega ali več izenačevalnikov namesto fiksnih dušilcev bo spremenila samo stopnjo stiskanja ojačevalnika izhodne stopnje. Da bi zmanjšali to spremembo in se izognili prekomernemu pogonu, mora biti izguba izenačevalnika približno enaka fiksni vrednosti dušenja, odstranjeni iz sistema. Kot je navedeno zgoraj, bo dodajanje izenačevalnika pred stopnjo ojačanja povzročilo razpršitev mejnega dinamičnega območja in frekvence. Če želite ta učinek čim bolj zmanjšati, zamenjajte čim manj izenačevalnikov.
4. Izenačevalnik lahko dodate na izhod naprave. Izravnava izhodov bo zmanjšala izhodno moč, vendar ne bo povzročila omejevanja razpršenosti dinamičnega območja. Izravnava izhoda povzroči nekoliko pozitiven naklon izhodne moči, vendar ta naklon izravnajo visokofrekvenčne embalaže in izgube konektorjev.
Končana postavitev štiristopenjskega omejevalnega ojačevalnika je prikazana na sliki 9.
Slika 9. Blok diagram izenačevanja frekvence
Slika 10 prikazuje rezultate simulacije izhodne moči in temperature ADI HMC7891. Končna zasnova je dosegla mejni dinamični razpon 40 dB. V vseh pogojih delovanja je bila simulirana najslabša sprememba izhodne moči 3 dB.
Slika 10. Razmerje med simuliranim PSAT HMC7891 in frekvenco znotraj temperaturnega območja
Naš drugi izdelek:
