RF biudžeto analizės tikslas yra patikrinti ribinio stiprintuvo skirtingų bandymo taškų plačiajuosčio dažnio atsaką ir RF galios lygį. Analizė turi būti baigta, kad būtų pakoreguota blogiausia darbo temperatūra, stiprinimo nuolydis ir platus radijo dažnio įvesties galios diapazonas.
Taigi, kas žino, kas yra RF biudžeto analizė?
Pagrindinis ribojančio stiprintuvo, kurio dinaminis diapazonas yra 40 dB, išdėstymas yra keturių stiprinimo blokinių stiprintuvų arba LNA kaskada. Idealioje konstrukcijoje naudojami tik vienas ar du specialūs stiprintuvai, kad būtų sumažintas galios kitimas skirtingais dažniais ir sumažintas šilumos / nuolydžio kompensavimo poreikis. 1 paveiksle parodyta pirmųjų pradinių ribojančių stiprintuvų blokavimo schema prieš temperatūros korekciją ir nuolydžio kompensavimą.
1 pav. Išankstinio projekto blokinė schema
Pirmiausia suteikite nedidelę naudą, rekomenduokite būdą užbaigti plačiajuosčio ryšio ribojančio stiprintuvo dizainą:
1. Tvarkykite ribojantį galios dinaminį diapazoną ir pašalinkite radijo dažnio viršijimo sąlygas
2. Optimizuokite našumą temperatūros diapazone
3. Galiausiai ištaisykite maitinimo šaltinį ir išlyginkite mažą signalo stiprinimą
4. Gali prireikti paskutinio nedidelio korekcijos, tai yra po to, kai dažnių išlyginimo funkcija bus įtraukta į projektą, dar kartą apsvarstyti temperatūros kompensavimą
Galios riba
Pagrindinė išankstinio projekto, pavaizduoto 1 paveiksle, problema yra ta, kad didėjant radijo dažnio įvesties galiai, radijo dažnio perdavimas greičiausiai įvyks išėjimo stiprinimo stadijoje. Kai bet kurios stiprinimo pakopos prisotinta išėjimo galia viršija absoliučią maksimalią kito eilėje esančio stiprintuvo įvestį, įvyks radijo dažnio perdavimas. Be to, dizainas yra linkęs į su VSWR susijusius bangas, o virpesiai greičiausiai atsiras dėl didelio nenumalšinto padidėjimo mažame RF pakete.
Norint išvengti radijo dažnio viršijimo, pašalinti VSWR efektus ir sumažinti virpesių riziką, tarp kiekvieno stiprinimo etapo galima pridėti fiksuotą slopintuvą, kad sumažėtų galia ir padidėjimas. Norint pašalinti svyravimus, ant RF dangčio taip pat gali prireikti RF sugertuvo. Reikalingas pakankamas slopinimas, kad kiekvienos stiprinimo pakopos maksimali įėjimo galia būtų mažesnė už MMIC vardinę įėjimo galios lygį. Turi būti įtrauktas pakankamas slopinimas, kad būtų galima patenkinti viršutinę įvesties galios normą, pritaikyti temperatūros pokyčiams ir prietaisų skirtumams. 2 paveiksle parodyta, kur reikalingas RF slopintuvas ribojančioje stiprintuvo grandinėje.
2 paveikslas. Radijo dažnio viršijimo korekcijos blokinė schema
ADI plačiajuosčio ryšio ribotuvas HMC7891 naudoja keturis HMC462 stiprinimo etapus, kad veikimo diapazonas pasiektų 10 dBm. Absoliuti maksimali įėjimo galia yra 15 dBm. Kiekvienas stiprinimo etapas gali toleruoti didžiausią 18 dBm radijo dažnio įvestį. Atlikus ankstesnėje pastraipoje nurodytus projektavimo veiksmus, tarp dviejų stiprinimo pakopų buvo pridėtas slopintuvas, siekiant užtikrinti, kad maksimalus stiprintuvo įėjimo galios lygis neviršytų 17 dBm. 3 paveiksle parodytas didžiausias galios lygis kiekvieno stiprinimo pakopos įėjime, kai prie konstrukcijos pridedamas fiksuotas slopintuvas.
3 pav. Ryšio tarp POUT ir dažnio modeliavimas, radijo dažnio viršijimo korekcija
Dizainas yra termiškai kompensuojamas, siekiant išplėsti darbinės temperatūros diapazoną. Bendras šiluminio diapazono reikalavimas ribojant stiprintuvo naudojimą yra nuo -40 ° C iki + 85 ° C. Remiantis patirtimi, keturių lygių stiprintuvo konstrukcijos padidėjimo pokyčiui įvertinti gali būti naudojama 0.01 dB / ° / lygio stiprinimo keitimo formulė. Pelnas padidėja, kai temperatūra mažėja, ir atvirkščiai. Naudojant aplinkos padidėjimą kaip pradinę liniją, tikimasi, kad bendras padidėjimas sumažės 2.4 dB 85 ° C temperatūroje ir padidės 2.6 dB esant –40 ° C.
Norint termiškai kompensuoti konstrukciją, galima įdėti komercinį „Thermopad®“ temperatūros kintamąjį slopintuvą, kuris pakeistų fiksuotą slopintuvą. 4 paveiksle parodyti prekyboje esančio plačiajuosčio „Thermopad“ slopintuvo bandymų rezultatai. Remiantis „Thermopad“ bandymo duomenimis ir apskaičiuotais stiprinimo pokyčiais, akivaizdu, kad norint kompensuoti keturių pakopų ribojančio stiprintuvo konstrukciją, reikia dviejų „Thermopad“ slopintuvų.
4 paveikslas. „Thermopad“ nuostoliai per temperatūrą
Svarbus sprendimas yra sprendimas, kur įdėti „Thermopad“. Kadangi „Thermopad“ slopintuvo nuostoliai padidės, ypač esant žemai temperatūrai, gera praktika yra vengti komponentų pridėjimo arti RF grandinės išėjimo galo, kad būtų išlaikytas aukštas išėjimo galios lygis. Ideali „Thermopad“ vieta yra tarp pirmųjų trijų stiprintuvų pakopų, tai yra vieta, paryškinta 5 paveiksle.
5 pav. Šilumos kompensavimo bloko schema
ADI šiluminės kompensacijos HMC7891 mažo signalo veikimo modeliavimo rezultatas parodytas 6 paveiksle. Prieš dažnio išlyginimą stiprinimo pokytis sumažinamas daugiausia iki 2.5 dB. Tai yra reikiamame ± 1.5 dB stiprumo pokyčio diapazone.
6 paveikslas. HMC7891 imitavo nedidelį signalo stiprinimą, esant temperatūrai
Dažnio išlyginimas
Tai kompensuoja daugumos plačiajuosčio ryšio stiprintuvų natūralaus padidėjimo pasiskirstymą. Yra įvairių ekvalaizerio dizainų, įskaitant pasyvius „GaAs MMIC“ lustus. Pasyvūs MMIC ekvalaizeriai yra mažo dydžio, jiems nereikia nuolatinės srovės ir valdymo signalo, todėl jie labai tinka riboti stiprintuvo konstrukciją. Reikalingas dažnio ekvalaizerių skaičius priklauso nuo nekompensuoto ribojančio stiprintuvo stiprinimo nuolydžio ir pasirinkto ekvalaizerio atsako. Konstrukcijos rekomendacija yra šiek tiek per daug kompensuoti dažnio atsaką, kad būtų kompensuotas perdavimo linijos praradimas ir jungties praradimas, taip pat paketiniai parazitai, kurie turi didesnę įtaką didesniam dažniui. 7 paveiksle pateikti pritaikyto ADI GaAs dažnio ekvalaizerio bandymo rezultatai.
7 pav. Išmatuotas dažnio ekvalaizerio nuostolis
ADI HMC7891 ribojančiam stiprintuvui reikia trijų dažnių ekvalaizerių, kad būtų galima ištaisyti termiškai kompensuojamą mažą signalo atsaką. 8 paveiksle parodyti HMC7891 modeliavimo rezultatai po terminio kompensavimo ir dažnio išlyginimo. Sėkmingam dizainui labai svarbu nuspręsti, kur įdėti ekvalaizerį. Prieš pridėdami bet kokius ekvalaizerius, nepamirškite, kad idealus ribojantis stiprintuvas turėtų tolygiai paskirstyti maksimalų stiprintuvo suspaudimą tarp visų stiprinimo etapų, kad būtų išvengta per didelio prisotinimo. Kitaip tariant, blogiausiu atveju kiekvienas MMIC turėtų suspausti vienodai.
8 paveikslas. HMC7891 modeliavimo dažnio išlyginimo mažas signalo prieaugis per temperatūrą
Dabartiniame projektavimo etape, parodytame 5 paveiksle, prie prietaiso įėjimo galima pridėti ekvalaizerį, nuosekliai sujungtą su „Thermopad“ slopintuvu, kuris pakeis fiksuotą slopintuvą prietaiso išvestyje. Kodėl taip padarei? Keturios priežastys
1. Pridedant ekvalaizerį prie ribojančio stiprintuvo įvesties, sumažės pirmojo stiprinimo pakopos galia. Todėl sumažėja 1 lygio suspaudimas. Stiprinimo stadijos suspaudimo sumažėjimas yra lygiavertis ribojančio dinaminio diapazono sumažėjimui. Be to, dėl ekvalaizerio slopinimo nuolydžio ribinis dinaminis diapazonas yra išsklaidytas dažnių diapazone. Kuo žemesnis dažnis, tuo labiau sumažėja dinaminis diapazonas. Norint kompensuoti sumažintą ribinį dinaminį diapazoną, reikia padidinti RF įvesties galią. Tačiau dėl ekvalaizerio nuolydžio netolygus įėjimo galios padidėjimas padidins stiprintuvo stiprinimo pakopos pavaros perėjimo pavojų. Į prietaiso įvestį galima pridėti ekvalaizerį, tačiau tai nėra ideali vieta.
2. Pridėjus iš eilės su „Thermopad“ sujungtą ekvalaizerį, sumažės tolesnių stiprintuvų suspaudimas. Tai sukels netolygų stiprintuvo suspaudimo pasiskirstymą tarp stiprinimo stadijų, sumažinant bendrą ribojantį dinaminį diapazoną. Nerekomenduojama ekvalaizerio nuosekliai jungti su „Thermopad“ slopintuvu.
3. Vietoj fiksuotų slopintuvų naudojant vieną ar daugiau ekvalaizerių, pasikeis tik išvesties pakopos stiprintuvo suspaudimo lygis. Kad sumažintumėte šį skirtumą ir išvengtumėte dažnio viršijimo, ekvalaizerio nuostoliai turėtų būti maždaug lygūs fiksuotai slopinimo vertei, pašalintai iš sistemos. Be to, kaip minėta pirmiau, pridedant ekvalaizerį prieš stiprinimo etapą, bus išsklaidytas ribojantis dinaminis diapazonas ir dažnis. Norėdami sumažinti šį efektą, pakeiskite kuo mažiau ekvalaizerių.
4. Ekvalaizerį galima pridėti prie įrenginio išvesties. Išvesties išlyginimas sumažins išėjimo galią, tačiau nesukels ribojančio dinaminio diapazono dispersijos. Išvesties išlyginimas sukuria šiek tiek teigiamą išėjimo galios nuolydį, tačiau šį nuolydį kompensuoja aukšto dažnio pakuotės ir jungčių nuostoliai.
Baigtas keturių pakopų ribojančio stiprintuvo išdėstymas parodytas 9 paveiksle.
9 pav. Blokinė dažnio išlyginimo schema
10 paveiksle parodyti ADI HMC7891 išėjimo galios ir temperatūros modeliavimo rezultatai. Galutinė konstrukcija pasiekė ribojantį 40 dB dinaminį diapazoną. Visomis veikimo sąlygomis imituotas blogiausio atvejo išėjimo galios pokytis buvo 3 dB.
10 paveikslas. HMC7891 imituoto PSAT ir dažnio santykis temperatūros diapazone
Mūsų kitas produktas:
