Raadiosageduse eelarve analüüsi eesmärk on kontrollida piirava võimendi erinevate testimispunktide lairiba sageduse vastust ja raadiosageduse võimsuse taset. Analüüs peab olema lõpule viidud, et korrigeerida halvimat töötemperatuuri, võimenduskallet ja laia RF-sisendvõimsuse vahemikku.
Niisiis, kes teab, mis on RF eelarve analüüs?
40 dB piirava dünaamilise ulatusega piirava võimendi põhiline paigutus on nelja võimendusploki võimendi või LNA kaskaad. Ideaalses disainis kasutatakse ainult ühte või kahte spetsiaalset võimendiseadet, et vähendada võimsuse varieerumist erinevatel sagedustel ja minimeerida termilise / kalde kompenseerimise nõudeid. Joonisel 1 on näidatud esimeste piiravate võimendite plokkskeem enne temperatuuri korrigeerimist ja kalde kompenseerimist.
Joonis 1. Eelprojekti plokkskeem
Kõigepealt tuleb väike eelis, soovitage tehnikat lairiba piirava võimendi kujunduse lõpuleviimiseks:
1. Haldage piiravat võimsuse dünaamilist vahemikku ja välistage raadiosageduse ülekoormuse tingimused
2. Optimeerige jõudlust temperatuurivahemikus
3. Lõpuks korrigeerige elektrivarustus ja tasandage signaali väike võimendus
4. Võib osutuda vajalikuks viimane väike parandus, see tähendab, et pärast sageduse ühtlustamise funktsiooni kavandisse lisamist tuleb temperatuuri kompenseerimine uuesti läbi vaadata
Võimsuse piir
Joonisel 1 näidatud eelprojekti põhiprobleem on see, et kui RF-sisendvõimsus suureneb, toimub RF-ülekanne tõenäoliselt väljundi võimendamise etapis. Kui mis tahes võimendusastme küllastunud väljundvõimsus ületab järjekorras järgmise võimendi absoluutse maksimaalse sisendi, toimub RF-ülekanne. Lisaks sellele on disain altid VSWR-ga seotud pulsatsioonidele ja võnked tekivad tõenäoliselt väikese RF-paketi suure summutamata võimenduse tõttu.
RF-ülekande vältimiseks, VSWR-efektide kõrvaldamiseks ja võnkumise riski vähendamiseks võib võimsuse ja võimenduse vähendamiseks iga võimendusastme vahele lisada fikseeritud summutaja. Võnkumiste kõrvaldamiseks võib RF-kaane jaoks vaja minna ka RF-neeldurit. Piisavat summutust on vaja, et vähendada iga võimendusastme maksimaalset sisendvõimsust allpool MMIC-i sisendvõimsust. Ülemise sisendvõimsuse marginaali, temperatuuri muutuste ja seadmete vaheliste erinevuste arvestamiseks tuleb lisada piisav sumbumine. Joonisel 2 on näidatud koht, kus RF võimendit on vaja piiravas võimendi ahelas.
Joonis 2. RF ülekande korrigeerimise plokkskeem
ADI lairiba piirav võimendi HMC7891 kasutab nelja HMC462 võimendusastet, et võimaldada tööpiirkonna jõudmist 10 dBm-ni. Absoluutne maksimaalne sisendvõimsus on 15 dBm. Iga võimendusetapp talub maksimaalset raadiosageduse sisendit 18 dBm. Järgides eelmises lõigus kirjeldatud projekteerimisetappe, on kahe võimendusastme vahele lisatud summutaja, tagamaks, et võimendi maksimaalne sisendvõimsuse tase ei ületa 17 dBm. Joonis 3 näitab maksimaalset võimsustaset iga võimendusastme sisendis, kui konstruktsioonile lisatakse fikseeritud summutaja.
Joonis 3. POUT-i ja sageduse seose simulatsioon, RF-ülekande korrigeerimine
Töötemperatuuri vahemiku laiendamiseks kompenseeritakse termiliselt. Võimendi rakenduste piiramise üldine termilise vahemiku nõue on -40 ° C kuni + 85 ° C. Kogemuste põhjal saab neljaastmelise võimendi konstruktsiooni võimenduse muutuse hindamiseks kasutada võimenduse muutmise valemit 0.01 dB / ° / tase. Võimendus suureneb temperatuuri langedes ja vastupidi. Kasutades ümbritseva keskkonna võimendust baasjoonena, väheneb eeldatavasti kogu võimendus 2.4 dB võrra 85 ° C juures ja 2.6 dB võrra –40 ° C juures.
Kujunduse termiliseks kompenseerimiseks võib fikseeritud summutaja asendamiseks sisestada kaubanduslikult saadaval oleva temperatuuri muutuva summutaja Thermopad®. Joonisel 4 on näidatud kaubanduslikult saadaval oleva lairiba Thermopadi summutaja testitulemused. Thermopadi testiandmete ja hinnanguliste võimenduse muutuste põhjal on ilmne, et neljaastmelise piirava võimendi konstruktsiooni termiliseks kompenseerimiseks on vaja kahte Thermopadi summutit.
Joonis 4. Termopadi kadu üle temperatuuri
Thermopadi sisestamise koha otsustamine on oluline otsus. Kuna summutaja Thermopad kaotus suureneb, eriti madalatel temperatuuritingimustel, on hea tava vältida RF-keti väljundotsale lähedaste komponentide lisamist, et säilitada väljundvõimsuse kõrge piir. Thermopadi ideaalne asukoht on esimese kolme võimendi astme vahel, mis on joonisel 5 esile tõstetud asukoht.
Joonis 5. Termokompensatsiooni plokkskeem
ADI termilise kompenseerimise HMC7891 väikese signaali jõudluse simulatsiooni tulemus on näidatud joonisel 6. Enne sageduse võrdsustamist vähendatakse võimenduse muutust maksimaalselt 2.5 dB-ni. See on vajalikus vahemikus ± 1.5 dB võimenduse muutust.
Joonis 6. HMC7891 simuleeris väikest signaali võimendamist temperatuuri suhtes
Sageduse tasandamine
See kompenseerib enamiku lairibavõimendite loomuliku võimenduse väljalangemise. Ekvalaiseri kujundusi on erinevaid, sealhulgas passiivsed GaAs MMIC kiibid. Passiivsed MMIC-ekvalaiserid on väikese suurusega ning neil pole alalisvoolu ja juhtimissignaali nõudeid, seega sobivad need väga hästi võimendi konstruktsiooni piiramiseks. Vajalike sagedusekvalaiserite arv sõltub piirava võimendi kompenseerimata võimenduskaldest ja valitud ekvalaiseri reageerimisest. Konstruktsioonisoovitus on sagedusreaktsiooni kergekompenseerimine ülekandeliini kadumise ja pistiku kadumise kompenseerimiseks, samuti pakendiparasiidid, millel on suurem mõju võimendusele kõrgematel sagedustel. Joonisel 7 on näidatud kohandatud ADI GaAs sageduse ekvalaiseri testitulemused.
Joonis 7. Mõõdetud sageduse ekvalaiseri kadu
ADI HMC7891 piirav võimendi vajab termiliselt kompenseeritud väikese signaali vastuse korrigeerimiseks kolme sageduse ekvalaiserit. Joonisel 8 on kujutatud HMC7891 simulatsiooni tulemused pärast termokompensatsiooni ja sageduse võrdsustamist. Ekvalaiseri sisestamise koha otsustamine on eduka kujunduse jaoks kriitilise tähtsusega. Enne ekvalaiserite lisamist pidage meeles, et ideaalne piirav võimendi peaks liigse küllastuse vältimiseks jaotama võimendi maksimaalse kokkusurumise kõigi võimendusastmete vahel ühtlaselt. Teisisõnu, halvimal juhul peaks iga MMIC tihendama võrdselt.
Joonis 8. HMC7891 simulatsiooni sageduse võrdsustamise väike signaali võimendus üle temperatuuri
Praegusel joonisel 5 näidatud projekteerimisetapil võib seadme sisendisse lisada järjestikku termopadi summutiga ühendatud ekvalaiseri, et asendada fikseeritud summutaja seadme väljundis. Miks sa seda tegid? Neli põhjust
1. Ekvalaiseri lisamine piirava võimendi sisendisse vähendab esimese võimendusastme võimsust. Seetõttu vähendatakse 1. taseme kokkusurumist. Võimendusastme kokkusurumise vähenemine on samaväärne piirava dünaamilise ulatuse vähenemisega. Lisaks hajutatakse ekvalaiseri nõrgenemise nõlva tõttu piirav dünaamiline vahemik sagedusalas. Mida madalam on sagedus, seda rohkem dünaamilist vahemikku vähendatakse. Vähendatud piirava dünaamilise ulatuse kompenseerimiseks tuleb RF-sisendvõimsust suurendada. Kuid ekvalaiseri nõlva tõttu suurendab sisendvõimsuse ebaühtlane suurenemine võimendi võimendusastme ülekandmise ohtu. Seadme sisendisse on võimalik lisada ekvalaiser, kuid see pole ideaalne asukoht.
2. Jaotise Thermopad abil ühendatud ekvalaiseri lisamine vähendab järgnevate võimendite kokkusurumist. Selle tulemuseks on võimendi kokkusurumise ebaühtlane jaotumine võimendusastmete vahel, vähendades üldist piiravat dünaamilist vahemikku. Ekvalaiserit ei soovitata Thermopadi summutiga järjestikku ühendada.
3. Ühe või mitme ekvalaiseri kasutamine fikseeritud summutite asemel muudab ainult väljundastme võimendi tihendustaset. Selle variatsiooni minimeerimiseks ja RF-ülekande vältimiseks peaks ekvalaiseri kadu olema ligikaudu võrdne süsteemist eemaldatud fikseeritud sumbuvuse väärtusega. Lisaks, nagu eespool mainitud, põhjustab ekvalaiseri lisamine enne võimendusastet piirava dünaamilise ulatuse ja sageduse hajumise. Selle efekti minimeerimiseks asendage võimalikult vähe ekvalaisereid.
4. Ekvalaiseri saab lisada seadme väljundisse. Väljundi võrdsustamine vähendab väljundvõimsust, kuid ei tekita piiravat dünaamilise vahemiku hajumist. Väljundi võrdsustamine annab veidi positiivse väljundvõimsuse nõlva, kuid selle nõlva kompenseerivad kõrgsageduslikud pakendid ja pistikute kaod.
Valmis neljaastmelise piirava võimendi paigutus on näidatud joonisel 9.
Joonis 9. Sageduse võrdsustamise plokkskeem
Joonisel 10 on näidatud ADI HMC7891 väljundvõimsuse ja temperatuuri simulatsiooni tulemused. Lõpliku disainiga saavutati piirav dünaamiline ulatus 40 dB. Kõigis töötingimustes oli simuleeritud halvima juhtumi väljundvõimsuse muutus 3 dB.
Joonis 10. Seos HMC7891 simuleeritud PSAT ja sageduse vahel temperatuurivahemikus
