Scopul analizei bugetului RF este de a verifica răspunsul în frecvență în bandă largă și nivelul de putere RF al diferitelor puncte de testare din amplificatorul limitator. Analiza trebuie să fie finalizată pentru a corecta cea mai nefavorabilă temperatură de funcționare, panta de câștig și o gamă largă de putere de intrare RF.
Deci, cine știe ce este analiza bugetului RF?
Aspectul de bază al unui amplificator limitator cu un interval dinamic limitativ de 40 dB este o cascadă de patru amplificatoare cu bloc de câștig sau LNA. Designul ideal utilizează doar unul sau două dispozitive amplificatoare dedicate pentru a reduce variația de putere la frecvențe diferite și pentru a minimiza cerințele de compensare termică / de pantă. Figura 1 prezintă schema bloc a primelor amplificatoare limitări inițiale înainte de corectarea temperaturii și compensarea pantei.
Figura 1. Diagrama bloc a proiectului preliminar
Mai întâi vine un mic beneficiu, recomandă o tehnică pentru a finaliza proiectarea amplificatorului de limitare în bandă largă:
1. Gestionați domeniul dinamic al puterii limitate și eliminați condițiile de overdrive RF
2. Optimizați performanța în intervalul de temperatură
3. În cele din urmă, corectați puterea de rupere și aplatizați câștigul mic de semnal
4. Poate fi necesară ultima corecție minoră, adică după ce funcția de egalizare a frecvenței este încorporată în proiectare, reconsiderați compensarea temperaturii
Limita de putere
Principala problemă cu proiectul preliminar prezentat în Figura 1 este că odată cu creșterea puterii de intrare RF, este posibil ca overdrive-ul RF să apară în etapa de câștig de ieșire. Când puterea de ieșire saturată a oricărei etape de câștig depășește intrarea maximă absolută a următorului amplificator din coadă, va apărea overdrive RF. În plus, designul este predispus la valuri legate de VSWR și este posibil ca oscilațiile să apară datorită câștigului mare neamortizat din pachetul RF mic.
Pentru a preveni overdrive-ul RF, a elimina efectele VSWR și a reduce riscul de oscilație, se poate adăuga un atenuator fix între fiecare etapă de câștig pentru a reduce puterea și câștigul. De asemenea, poate fi necesar un absorbant RF pe capacul RF pentru a elimina oscilațiile. Este necesară o atenuare suficientă pentru a reduce puterea maximă de intrare a fiecărei etape de câștig sub nivelul de putere nominală de intrare al MMIC. Trebuie inclusă o atenuare suficientă pentru a se potrivi marja superioară a puterii de intrare, pentru a se potrivi schimbărilor de temperatură și diferențelor dintre dispozitive. Figura 2 arată unde este necesar atenuatorul RF în lanțul limitator al amplificatorului.
Figura 2. Diagrama bloc de corecție overdrive RF
Amplificatorul limitator de bandă largă ADI HMC7891 utilizează patru trepte de câștig HMC462 pentru a permite intervalului de operare să atingă 10 dBm. Puterea maximă de intrare absolută este de 15 dBm. Fiecare etapă de câștig poate tolera o intrare RF maximă de 18 dBm. Urmând pașii de proiectare descriși în paragraful anterior, a fost adăugat un atenuator între cele două trepte de câștig pentru a se asigura că nivelul maxim de intrare al amplificatorului nu depășește 17 dBm. Figura 3 arată nivelul maxim de putere la intrarea fiecărei etape de câștig atunci când un atenuator fix este adăugat la proiectare.
Figura 3. Simulare a relației dintre POUT și frecvență, corecție overdrive RF
Designul este compensat termic pentru a extinde intervalul de temperatură de funcționare. Cerința generală a domeniului termic pentru limitarea aplicațiilor amplificatorului este de -40 ° C până la + 85 ° C. Pe baza experienței, formula de schimbare a câștigului de 0.01 dB / ° / nivel poate fi utilizată pentru a estima schimbarea câștigului unui design al amplificatorului pe patru niveluri. Câștigul crește pe măsură ce temperatura scade și invers. Folosind câștigul ambiental ca linie de bază, câștigul total este de așteptat să scadă cu 2.4 dB la 85 ° C și să crească cu 2.6 dB la –40 ° C.
Pentru a compensa termic designul, un atenuator variabil de temperatură Thermopad® disponibil în comerț poate fi introdus pentru a înlocui atenuatorul fix. Figura 4 prezintă rezultatele testelor unui atenuator Thermopad în bandă largă disponibil în comerț. Pe baza datelor testului Thermopad și a modificărilor estimate ale câștigului, este evident că sunt necesare două atenuatoare Thermopad pentru a compensa termic designul amplificatorului limitator în patru trepte.
Figura 4. Pierderea termopadului la temperatură
Decizia unde se introduce Thermopad este o decizie importantă. Deoarece pierderea atenuatorului Thermopad va crește, în special în condiții de temperatură scăzută, este o bună practică să evitați adăugarea de componente apropiate de capătul de ieșire al lanțului RF pentru a menține un nivel de putere de ieșire limită ridicat. Locația ideală pentru Thermopad este între primele trei trepte ale amplificatorului, care este locația evidențiată în Figura 5.
Figura 5. Diagrama bloc de compensare termică
Rezultatul simulării performanței semnalului de compensare termică ADI HMC7891 mic este prezentat în Figura 6. Înainte de egalizarea frecvenței, schimbarea câștigului este redusă la maximum 2.5 dB. Aceasta se încadrează în intervalul necesar de schimbare a câștigului de ± 1.5 dB.
Figura 6. Câștigul semnalului mic a simulat HMC7891 peste temperatură
Egalizarea frecvenței
Acest lucru compensează câștigul natural în majoritatea amplificatoarelor de bandă largă. Există diferite modele de egalizator, inclusiv cipuri pasive GaAs MMIC. Egalizatoarele MMIC pasive sunt de dimensiuni mici și nu au cerințe de semnal de curent continuu și control, deci sunt foarte potrivite pentru limitarea designului amplificatorului. Numărul de egalizatoare de frecvență necesare depinde de panta de câștig necompensată a amplificatorului limitator și de răspunsul egalizatorului selectat. O recomandare de proiectare este de a supracompensa ușor răspunsul în frecvență pentru a compensa pierderea liniei de transmisie și pierderea conectorului, precum și parazitii pachetelor care au un impact mai mare asupra câștigului la frecvențe mai mari. Figura 7 prezintă rezultatele testului egalizatorului de frecvență ADI GaAs personalizat.
Figura 7. Pierderea măsurată a egalizatorului de frecvență
Amplificatorul limitator HMC7891 al ADI necesită trei egalizatoare de frecvență pentru a corecta răspunsul semnalului mic compensat termic. Figura 8 prezintă rezultatele simulării HMC7891 după compensarea termică și egalizarea frecvenței. A decide unde să introduceți egalizatorul este esențial pentru un design de succes. Înainte de a adăuga egalizatoare, rețineți că un amplificator de limitare ideal ar trebui să distribuie uniform compresia maximă a amplificatorului între toate etapele de câștig pentru a evita saturația excesivă. Cu alte cuvinte, în cel mai rău caz, fiecare MMIC ar trebui să se comprime în mod egal.
Figura 8. Egalizarea frecvenței de simulare HMC7891 câștig semnal mic peste temperatură
În etapa curentă de proiectare prezentată în Figura 5, un egalizator conectat în serie cu atenuatorul Thermopad poate fi adăugat la intrarea dispozitivului pentru a înlocui atenuatorul fix la ieșirea dispozitivului. De ce ai făcut asta? Patru motive
1. Adăugarea unui egalizator la intrarea amplificatorului limitator va reduce puterea primului stadiu de câștig. Prin urmare, compresia nivelului 1 este redusă. Reducerea compresiei etapei de câștig este echivalentă cu reducerea intervalului dinamic limitativ. În plus, datorită pantei de atenuare a egalizatorului, intervalul dinamic limitativ este dispersat în intervalul de frecvență. Cu cât frecvența este mai mică, cu atât gama dinamică este mai redusă. Pentru a compensa intervalul dinamic limitativ redus, puterea de intrare RF trebuie mărită. Cu toate acestea, datorită pantei egalizatorului, o creștere inegală a puterii de intrare va crește riscul de suprasolicitare a etapei de câștig a amplificatorului. Este posibil să adăugați un egalizator la intrarea dispozitivului, dar aceasta nu este locația ideală.
2. Adăugarea unui egalizator conectat în serie cu Thermopad va reduce compresia amplificatoarelor ulterioare. Acest lucru va avea ca rezultat o distribuție inegală a compresiei amplificatorului între etapele de câștig, reducând gama dinamică limitativă generală. Nu se recomandă conectarea egalizatorului în serie cu atenuatorul Thermopad.
3. Utilizarea unuia sau mai multor egalizatoare în locul atenuatoarelor fixe va schimba doar nivelul de compresie al amplificatorului de scenă de ieșire. Pentru a minimiza această variație și a evita overdrive-ul RF, pierderea egalizatorului ar trebui să fie aproximativ egală cu valoarea fixă de atenuare eliminată din sistem. În plus, așa cum s-a menționat mai sus, adăugarea unui egalizator înainte de etapa de câștig va avea ca rezultat o dispersie a limitei dinamice și a frecvenței. Pentru a minimiza acest efect, înlocuiți cât mai puține egalizatoare.
4. Egalizatorul poate fi adăugat la ieșirea dispozitivului. Egalizarea ieșirii va reduce puterea de ieșire, dar nu va produce o dispersie limitată a gamei dinamice. Egalizarea ieșirii produce o pantă de putere de ieșire ușor pozitivă, dar această pantă este compensată de ambalarea de înaltă frecvență și pierderile conectorilor.
Aspectul finalizat al amplificatorului limitator în patru trepte este prezentat în Figura 9.
Figura 9. Diagrama bloc a egalizării frecvenței
Figura 10 prezintă rezultatele simulării puterii de ieșire și a temperaturii ADI HMC7891. Designul final a atins un interval dinamic limitativ de 40 dB. În toate condițiile de funcționare, schimbarea simulată a puterii de ieșire în cel mai rău caz a fost de 3 dB.
Figura 10. Relația dintre PSAT simulat al HMC7891 și frecvența în intervalul de temperatură
alt produs nostru:
