Formålet med RF-budgetanalyse er at kontrollere bredbåndsfrekvensrespons og RF-effektniveau for forskellige testpunkter i den begrænsende forstærker. Analysen skal udføres for at korrigere for den værst tænkelige driftstemperatur, forstærkningshældning og bredt RF-inputeffektområde.
Så hvem ved hvad RF-budgetanalyse er?
Det grundlæggende layout af en begrænsende forstærker med et 40 dB begrænsende dynamisk område er en kaskade af fire forstærkningsblokforstærkere eller LNA'er. Det ideelle design bruger kun en eller to dedikerede forstærkerenheder til at reducere effektvariation ved forskellige frekvenser og minimere krav til termisk / hældningskompensation. Figur 1 viser blokdiagrammet for de første indledende begrænsningsforstærkere før temperaturkorrektion og hældningskompensation.
Figur 1. Blokdiagram over foreløbig design
Først kommer en lille fordel, anbefaler en teknik til at færdiggøre designet af bredbåndsbegrænsende forstærker:
1. Administrer det dynamiske begrænsende effektområde og fjern RF-overdrive-forhold
2. Optimer ydeevnen inden for temperaturområdet
3. Til sidst skal du korrigere effektudrulningen og flade den lille signalforstærkning
4. Den sidste mindre korrektion kan være nødvendig, det vil sige, efter at frekvensudligningsfunktionen er inkorporeret i designet, overveje temperaturkompensation
Effektgrænse
Hovedproblemet med det foreløbige design vist i figur 1 er, at når RF-indgangseffekten øges, vil RF-overdrive sandsynligvis forekomme i outputforstærkningsstadiet. Når den mættede udgangseffekt for et hvilket som helst forstærkningstrin overstiger den absolutte maksimale indgang for den næste forstærker i køen, vil der forekomme RF-overdrive. Derudover er designet tilbøjeligt til VSWR-relaterede krusninger, og der vil sandsynligvis forekomme svingninger på grund af den høje udæmpede forstærkning i den lille RF-pakke.
For at forhindre RF-overdrive, eliminere VSWR-effekter og reducere risikoen for svingning kan der tilføjes en fast dæmper mellem hvert forstærkningstrin for at reducere effekt og forstærkning. En RF-absorber kan også være påkrævet på RF-dækslet for at eliminere svingninger. Tilstrækkelig dæmpning er nødvendig for at reducere den maksimale indgangseffekt for hvert forstærkningstrin under det nominelle indgangseffektniveau for MMIC. Tilstrækkelig dæmpning skal medtages for at imødekomme den øverste inputeffektmargen, for at imødekomme temperaturændringer og forskelle mellem enheder. Figur 2 viser, hvor RF-dæmperen er nødvendig i den begrænsende forstærkerkæde.
Figur 2. RF-overdrive-korrektionsblokdiagram
ADIs bredbåndsbegrænsende forstærker HMC7891 bruger fire HMC462 forstærkningstrin for at tillade driftsområdet at nå 10 dBm. Den absolutte maksimale indgangseffekt er 15 dBm. Hvert forstærkningstrin tåler en maksimal RF-indgang på 18 dBm. Efter designtrinnene skitseret i det foregående afsnit er der tilføjet en dæmper mellem de to forstærkningstrin for at sikre, at det maksimale forstærkerens indgangseffektniveau ikke overstiger 17 dBm. Figur 3 viser det maksimale effektniveau ved indgangen til hvert forstærkningstrin, når der tilføjes en fast dæmper til designet.
Figur 3. Simulering af forholdet mellem POUT og frekvens, korrektion af RF-overdrive
Designet kompenseres termisk for at udvide driftstemperaturområdet. Det generelle krav til termisk område for begrænsning af forstærkerapplikationer er -40 ° C til + 85 ° C. Baseret på erfaring kan forstærkningsændringsformlen på 0.01 dB / ° / niveau bruges til at estimere forstærkningsændringen i et fire-niveau forstærkerdesign. Forstærkningen stiger, når temperaturen falder, og omvendt. Ved anvendelse af den omgivende forstærkning som en basislinje forventes den samlede forstærkning at falde med 2.4 dB ved 85 ° C og stige med 2.6 dB ved –40 ° C.
For at termisk kompensere designet kan en kommercielt tilgængelig Thermopad® temperaturvariabel dæmper indsættes for at erstatte den faste dæmper. Figur 4 viser testresultaterne fra en kommercielt tilgængelig bredbånds Thermopad-dæmper. Baseret på Thermopad-testdata og estimerede forstærkningsændringer er det indlysende, at der er behov for to Thermopad-dæmpere til termisk kompensering af det firetrinsbegrænsende forstærkerdesign.
Figur 4. Tab af termopude over temperatur
Det er en vigtig beslutning at beslutte, hvor Thermopad skal isættes. Da tabet af Thermopad-dæmperen vil stige, især under lave temperaturforhold, er det en god praksis at undgå at tilføje komponenter tæt på udgangen af RF-kæden for at opretholde et højt udgangseffektniveau. Den ideelle placering for Thermopad er mellem de første tre forstærkerfaser, hvilket er det sted, der er fremhævet i figur 5.
Figur 5. Blokdiagram for termisk kompensation
Simuleringsresultatet af ADIs termiske kompensation HMC7891 lille signalydelse er vist i figur 6. Før frekvensudligning reduceres forstærkningsændringen til et maksimum på 2.5 dB. Dette ligger inden for det krævede interval på ± 1.5 dB forstærkning.
Figur 6. HMC7891 simulerede lille signalforøgelse over temperatur
Frekvensudligning
Dette kompenserer for den naturlige forstærkning i de fleste bredbåndsforstærkere. Der er forskellige equalizer-design, herunder passive GaAs MMIC-chips. Passive MMIC-equalizere er små i størrelse og har ingen DC- og kontrolsignalkrav, så de er meget velegnede til at begrænse forstærkerdesign. Antallet af krævede frekvensudligere afhænger af den ukompenserede forstærkningshældning af den begrænsende forstærker og responsen fra den valgte equalizer. En designanbefaling er at overkompensere frekvensresponset til offset transmissionslinjetab og stik tab såvel som pakke parasitter, der har større indflydelse på forstærkning ved højere frekvenser. Figur 7 viser testresultaterne af den brugerdefinerede ADI GaAs frekvensudligning.
Figur 7. Målt frekvensudligningstab
ADIs HMC7891-begrænsningsforstærker kræver tre frekvensudligere for at korrigere det termisk kompenserede lille signalrespons. Figur 8 viser simuleringsresultaterne af HMC7891 efter termisk kompensation og frekvensudligning. Beslutningen om, hvor equalizeren skal indsættes, er afgørende for et vellykket design. Inden du tilføjer equalizere, skal du huske, at en ideel begrænsningsforstærker jævnt skal fordele den maksimale forstærkerkompression mellem alle forstærkningstrin for at undgå overdreven mætning. Med andre ord, i værste fald skal hver MMIC komprimere ens.
Figur 8. HMC7891 simuleringsfrekvensudligning lille signalforøgelse over temperatur
I det aktuelle designfase vist i figur 5 kan en equalizer, der er forbundet i serie med Thermopad-dæmperen, tilføjes ved indgangen til enheden for at erstatte den faste dæmper ved enhedens output. Hvorfor gjorde du dette? Fire grunde
1. Tilføjelse af en equalizer til indgangen på begrænsningsforstærkeren reducerer effekten af det første forstærkningstrin. Derfor reduceres kompressionen af niveau 1. Reduktionen i forstærkningstrins kompression svarer til reduktionen i det begrænsende dynamiske område. Derudover er det begrænsende dynamiske område spredt i frekvensområdet på grund af dæmpningshældningen af equalizeren. Jo lavere frekvens, jo mere reduceres det dynamiske område. For at kompensere for det reducerede begrænsende dynamiske område skal RF-indgangseffekten øges. På grund af hældningen af equalizeren vil en ujævn forøgelse af indgangseffekten dog øge risikoen for overdrive af forstærkerens forstærkningstrin. Det er muligt at tilføje en equalizer til enhedens input, men dette er ikke den ideelle placering.
2. Tilføjelse af en equalizer, der er tilsluttet i serie med Thermopad, reducerer komprimeringen af efterfølgende forstærkere. Dette vil resultere i ujævn fordeling af forstærkerkomprimering mellem forstærkningstrin, hvilket reducerer det samlede begrænsende dynamiske område. Det anbefales ikke at forbinde equalizeren i serie med Thermopad-dæmperen.
3. Brug af en eller flere equalizere i stedet for faste dæmpere vil kun ændre kompressionsniveauet på outputtrinsforstærkeren. For at minimere denne variation og undgå RF-overdrive, skal udligningstabet være omtrent lig med den faste dæmpningsværdi, der er fjernet fra systemet. Derudover vil tilføjelse af en equalizer før forstærkningstrinnet som nævnt ovenfor resultere i en spredning af det begrænsende dynamiske område og frekvens. For at minimere denne effekt skal du udskifte så få equalizere som muligt.
4. Equalizeren kan føjes til enhedens output. Outputudligning reducerer udgangseffekten, men producerer ikke begrænsende spredning af dynamisk område. Outputudligning giver en lidt positiv udgangseffekthældning, men denne hældning modregnes af højfrekvent emballage og stikforbindelse.
Det færdige firetrins begrænsende forstærkerlayout er vist i figur 9.
Figur 9. Blokdiagram over frekvensudligning
Figur 10 viser resultaterne for udgangseffekt og temperatursimulering af ADI HMC7891. Det endelige design opnåede et begrænsende dynamisk område på 40 dB. Under alle driftsforhold var den simulerede ændring i worst case udgangseffekt 3 dB.
Figur 10. Forholdet mellem simuleret PSAT af HMC7891 og frekvens inden for temperaturområdet
Vores andet produkt:
