מטרת ניתוח תקציב RF היא לבדוק את תגובת תדר הפס הרחב ואת רמת הספק ה- RF של נקודות בדיקה שונות במגבר המגביל. יש להשלים את הניתוח כדי לתקן את טמפרטורת הפעולה הגרועה ביותר, שיפוע רווח וטווח הספק קלט RF רחב.
אז מי יודע מהו ניתוח תקציב RF?
הפריסה הבסיסית של מגבר מגביל עם טווח דינמי מגביל של 40 dB היא מפל של ארבעה מגברי בלוק רווח או LNA. העיצוב האידיאלי משתמש רק במכשיר מגבר ייעודי אחד או שניים כדי להפחית את וריאציית הספק בתדרים שונים ולמזער את דרישות הפיצוי התרמי / שיפוע. איור 1 מציג את דיאגרמת החסימה של המגברים הראשונים המגבילים לפני תיקון טמפרטורה ופיצוי שיפוע.
איור 1. תרשים חסימות של תכנון ראשוני
ראשית מגיע יתרון קטן, ממליץ על טכניקה להשלמת העיצוב של מגבר מגביל פס רחב:
1. נהל את תחום הכוח הדינמי המגביל ומבטל את תנאי ההילוכים של RF
2. מיטוב הביצועים בטווח הטמפרטורות
3. לבסוף, תקן את הסרת הכוח ושטח את רווח האות הקטן
4. יתכן שיהיה צורך בתיקון הזעיר האחרון, כלומר לאחר ששולבה פונקציית השוואת התדרים בתכנון, שקול מחדש את פיצוי הטמפרטורה
מגבלת כוח
הבעיה העיקרית בתכנון המקדים המוצג באיור 1 היא שככל שעוצמת כניסת ה- RF גדלה, סביר להניח שהאובר-דרייב יתרחש בשלב רווח הפלט. כאשר כוח המוצא הרווי של שלב רווח כלשהו עולה על הקלט המקסימלי המוחלט של המגבר הבא בתור, יתרחש RF יתר. בנוסף, העיצוב נוטה לאדוות הקשורות ל- VSWR, ותנודות עשויות להתרחש עקב הרווח הגבוה והבלתי מוטיב בחבילה RF הקטנה.
על מנת למנוע העברת יתר של RF, ביטול השפעות VSWR והפחתת הסיכון לתנודה, ניתן להוסיף מחליש קבוע בין כל שלב רווח כדי להפחית את העוצמה והעלייה. ייתכן שיהיה צורך בבולם RF על מכסה ה- RF בכדי למנוע תנודות. יש צורך בשיכוך מספיק כדי להפחית את עוצמת הקלט המרבית של כל שלב רווח מתחת לרמת הספק הקלט המדורג של ה- MMIC. יש לכלול הנחתה מספקת בכדי להתאים לשולי הספק הקלט העליון, כדי להתאים לשינויי טמפרטורה ולהבדלים בין המכשירים. איור 2 מראה היכן יש צורך במפחית RF בשרשרת המגברים המגבילה.
איור 2. דיאגרמת בלוק תיקון יתר של RF
המגבר המגביל להגדרת פס רחב של ADI HMC7891 משתמש בארבעה שלבי HMC462 רווח כדי לאפשר לטווח ההפעלה להגיע ל -10 dBm. הספק הכניסה המרבי המוחלט הוא 15 dBm. כל שלב רווח יכול לסבול קלט RF מרבי של 18 dBm. בעקבות שלבי התכנון שתוארו בפסקה הקודמת, נוסף מחליש בין שני שלבי הרווח כדי להבטיח שרמת הספק הכניסה המרבית של המגבר לא תעלה על 17 dBm. איור 3 מראה את רמת ההספק המקסימלית בכניסה של כל שלב רווח כאשר מתווסף מחליש קבוע לעיצוב.
איור 3. סימולציה של הקשר בין POUT לתדר, תיקון יתר של RF
העיצוב מתקבל פיצוי תרמי להרחבת טווח הטמפרטורות לפעולה. הדרישה הכללית לטווח תרמי להגבלת יישומי מגברים היא -40 ° C עד 85 ° C. בהתבסס על הניסיון, ניתן להשתמש בנוסחת שינוי הרווח של 0.01 dB / ° / level כדי לאמוד את שינוי הרווח בתכנון מגבר בעל ארבע רמות. העלייה עולה ככל שהטמפרטורה יורדת, ולהיפך. באמצעות הרווח הסביבתי כבסיס, העלייה הכוללת צפויה לרדת ב -2.4 dB ב 85 ° C ולעלות ב -2.6 dB ב -40 ° C.
כדי לפצות את העיצוב בצורה תרמית, ניתן להכניס מחליש משתנה טמפרטורה משתנה Thermopad® להחלפה של המחליש הקבוע. איור 4 מציג את תוצאות הבדיקה של מחליש תרמופאד בפס רחב. בהתבסס על נתוני בדיקת Thermopad ושינויים משוערים ברווח, ברור כי יש צורך בשני מחללי Thermopad כדי לפצות תרמית על עיצוב המגבר המגביל בארבעה שלבים.
איור 4. איבוד Thermopad מעל טמפרטורה
ההחלטה היכן להכניס את Thermopad היא החלטה חשובה. מכיוון שהאובדן של מחליש Thermopad יגדל, במיוחד בתנאי טמפרטורה נמוכה, כדאי להימנע מהוספת רכיבים קרוב לקצה הפלט של שרשרת ה- RF על מנת לשמור על רמת הספק יציאה מגבול גבוהה. המיקום האידיאלי עבור Thermopad הוא בין שלושת השלבים הראשונים של המגבר, וזה המיקום המודגש באיור 5.
איור 5. תרשים גוש פיצוי תרמי
תוצאת הסימולציה של ביצועי האות הקטנים HMC7891 של הפיצוי התרמי של ADI מוצגת באיור 6. לפני השוואת התדרים, שינוי הרווח מצטמצם למקסימום של 2.5 dB. זה בטווח הנדרש של ± 1.5 dB שינוי רווח.
איור 6. HMC7891 מדמה עליית אות קטנה על פני טמפרטורה
השוואת תדרים
זה מפצה על השגת הרווח הטבעי ברוב מגברי הפס הרחב. ישנם עיצובי אקולייזר שונים, כולל שבבי GaAs MMIC פסיביים. אקולייצרי MMIC פסיביים קטנים בגודלם ואין להם דרישות DC ובקרת אות, ולכן הם מתאימים מאוד להגבלת תכנון המגברים. מספר מקווי התדרים הנדרשים תלוי בשיפוע הרווח הלא מפוצה של המגבר המגביל ובתגובת האקולייזר שנבחר. המלצה לתכנון היא לפצות יתר על המידה את תגובת התדרים לקיזוז אובדן קווי העברה ואובדן מחברים, כמו גם טפילי חבילה בעלי השפעה רבה יותר על הרווח בתדרים גבוהים יותר. איור 7 מציג את תוצאות הבדיקה של אקולייזר התדרים המותאם אישית ADI GaAs.
איור 7. אובדן תדר נמדד
מגבר ההגבלה HMC7891 של ADI דורש שלושה אקולייצרי תדרים כדי לתקן את תגובת האות הקטנה בתמורה. איור 8 מציג את תוצאות הסימולציה של HMC7891 לאחר פיצוי תרמי והשוואת תדרים. ההחלטה היכן להכניס את האקולייזר היא קריטית לתכנון מוצלח. לפני הוספת אקולייצרים כלשהם, זכור שמגבר הגבלה אידיאלי צריך להפיץ באופן שווה את דחיסת המגבר המרבית בין כל שלבי הרווח כדי למנוע רוויה מוגזמת. במילים אחרות, במקרה הגרוע ביותר, כל MMIC צריך לדחוס באותה מידה.
איור 8. השוואת תדר סימולציה של HMC7891 רווח אות קטן על פני טמפרטורה
בשלב התכנון הנוכחי המוצג באיור 5, ניתן להוסיף בקלט המכשיר מחוון בסדרה עם מחליש Thermopad בכדי להחליף את המחליש הקבוע בפלט המכשיר. למה עשית את זה? ארבע סיבות
1. הוספת אקולייזר לקלט המגבר המגביל תפחית את ההספק של שלב הרווח הראשון. לכן, הדחיסה של רמה 1 מצטמצמת. ההפחתה בדחיסת שלב הרווח שווה ערך לירידה בטווח הדינמי המגביל. בנוסף, בגלל שיפוע ההחלשה של האקולייזר, הטווח הדינמי המגביל מפוזר בתחום התדרים. ככל שהתדירות נמוכה יותר, כך הטווח הדינמי מצטמצם יותר. כדי לפצות על הטווח הדינמי המגביל המופחת, יש להגדיל את כוח הקלט של ה- RF. עם זאת, עקב שיפוע האקולייזר, עלייה לא אחידה בכוח הקלט תגביר את הסיכון להנעת יתר של שלב השגת המגבר. אפשר להוסיף אקולייזר לקלט המכשיר, אך זה לא המיקום האידיאלי.
2. הוספת אקולייזר המחובר בסדרה עם Thermopad תפחית את דחיסת המגברים הבאים. זה יביא להפצה אחידה של דחיסת המגבר בין שלבי הגברה, ולהפחית את הטווח הדינמי הכללי המגביל. לא מומלץ לחבר את האקולייזר בסדרה עם מחליש Thermopad.
3. שימוש באקולייזר אחד או יותר במקום מחללים קבועים ישנה רק את רמת הדחיסה של מגבר שלב הפלט. כדי למזער וריאציה זו ולהימנע מפעולת יתר של RF, אובדן האקולייזר צריך להיות שווה בערך לערך הנחתה קבוע שהוסר מהמערכת. בנוסף, כאמור לעיל, הוספת אקולייזר לפני שלב הרווח תביא לפיזור הטווח והתדר הדינמי המגבילים. כדי למזער אפקט זה, החלף כמה שפחות אקולייזרים.
4. ניתן להוסיף את האקולייזר לפלט המכשיר. השוואת תפוקה תפחית את עוצמת המוצא, אך לא תניב פיזור מגביל של טווח דינמי. השוואת תפוקה מייצרת שיפוע הספק יציאה מעט חיובי, אך שיפוע זה מתקזז על ידי אריזות בתדירות גבוהה והפסדי מחברים.
פריסת המגבר המגבילה לארבעה שלבים מוגמרת מוצגת באיור 9.
איור 9. תרשים חסימה של השוואת תדרים
איור 10 מציג את תוצאות הסימולציה של הספק המוצא וטמפרטורה של ADI HMC7891. התכנון הסופי השיג טווח דינמי מגביל של 40 dB. בכל תנאי ההפעלה, שינוי ההספק המוצא הגרוע ביותר היה 3 dB.
איור 10. הקשר בין PSAT מדומה של HMC7891 לתדירות בטווח הטמפרטורות
המוצר השני שלנו:
