Hensikten med RF-budsjettanalyse er å kontrollere bredbåndsfrekvensresponsen og RF-effektnivået til forskjellige testpunkter i begrensningsforsterkeren. Analysen må være fullført for å korrigere for den verste tilfelle driftstemperatur, forsterkningshelling og bredt RF-inngangseffektområde.
Så hvem vet hva RF-budsjettanalyse er?
Den grunnleggende utformingen av en begrensningsforsterker med et 40 dB begrensende dynamisk område er en kaskade av fire forsterkningsblokkforsterkere eller LNAer. Den ideelle utformingen bruker bare en eller to dedikerte forsterkerenheter for å redusere effektvariasjonen ved forskjellige frekvenser og minimere kravene til termisk / skråningskompensasjon. Figur 1 viser blokkdiagrammet til de første innledende begrensningsforsterkerne før temperaturkorreksjon og hellingskompensasjon.
Figur 1. Blokkdiagram over foreløpig design
Først kommer en liten fordel, anbefaler en teknikk for å fullføre utformingen av bredbåndsbegrensende forsterker:
1. Behandle det begrensende dynamiske effektområdet og eliminere RF-overdrive-forhold
2. Optimaliser ytelsen innenfor temperaturområdet
3. Til slutt, korriger avrullingen og flatt den lille signalforsterkningen
4. Den siste mindre korreksjonen kan være nødvendig, det vil si etter at frekvensutjevningsfunksjonen er innlemmet i designet, vurdere temperaturkompensasjon på nytt
Effektgrense
Hovedproblemet med den foreløpige utformingen vist i figur 1 er at når RF-inngangseffekten øker, er det sannsynlig at RF-overdrive vil oppstå på utgangsforsterkningsstadiet. Når den mettede utgangseffekten til et hvilket som helst forsterkningstrinn overstiger den absolutte maksimale inngangen til neste forsterker i køen, vil RF overdrive forekomme. I tillegg er designet utsatt for VSWR-relaterte krusninger, og svingninger er sannsynlig å oppstå på grunn av den høye, ikke-dempede forsterkningen i den lille RF-pakken.
For å forhindre RF-overdrive, eliminere VSWR-effekter og redusere risikoen for svingning, kan en fast demper legges til mellom hvert forsterkningstrinn for å redusere kraft og forsterkning. En RF-absorber kan også være nødvendig på RF-dekselet for å eliminere svingninger. Tilstrekkelig demping er nødvendig for å redusere den maksimale inngangseffekten til hvert forsterkningstrinn under det nominelle inngangseffektnivået til MMIC. Tilstrekkelig demping må inkluderes for å imøtekomme den øverste inngangseffektmarginen, for å imøtekomme temperaturendringer og forskjeller mellom enhetene. Figur 2 viser hvor RF-demperen er nødvendig i den begrensende forsterkerkjeden.
Figur 2. RF overdrive korreksjonsblokkdiagram
ADIs bredbåndsbegrensende forsterker HMC7891 bruker fire HMC462 forsterkningstrinn for å tillate at driftsområdet når 10 dBm. Den absolutte maksimale inngangseffekten er 15 dBm. Hvert forsterkningstrinn tåler en maksimal RF-inngang på 18 dBm. Etter utformingstrinnene skissert i forrige avsnitt, er det lagt til en demper mellom de to forsterkningstrinnene for å sikre at det maksimale forsterkerens inngangseffektnivå ikke overstiger 17 dBm. Figur 3 viser det maksimale effektnivået ved inngangen til hvert forsterkningstrinn når en fast demper legges til designet.
Figur 3. Simulering av forholdet mellom POUT og frekvens, RF overdrive korreksjon
Designet kompenseres termisk for å utvide driftstemperaturområdet. Det generelle termiske områdekravet for begrensning av forsterkerapplikasjoner er -40 ° C til + 85 ° C. Basert på erfaring, kan forsterkningsendringsformelen på 0.01 dB / ° / nivå brukes til å estimere forsterkningsendringen til en fire-nivå forsterkerdesign. Forsterkningen øker når temperaturen synker, og omvendt. Ved å bruke den omgivende forsterkningen som en basislinje forventes den totale forsterkningen å reduseres med 2.4 dB ved 85 ° C og øke med 2.6 dB ved –40 ° C.
For å termisk kompensere designet, kan en kommersielt tilgjengelig Thermopad® temperaturdempende demper settes inn for å erstatte den faste demperen. Figur 4 viser testresultatene til en kommersielt tilgjengelig Thermopad demper for bredbånd. Basert på Thermopad-testdataene og estimerte forsterkningsendringer, er det åpenbart at det trengs to Thermopad-dempere for å termisk kompensere firetrinns begrensningsforsterkerdesign.
Figur 4. Thermopad tap over temperatur
Å bestemme hvor Thermopad skal settes inn er en viktig beslutning. Fordi tapet av Thermopad-demperen vil øke, spesielt ved lave temperaturforhold, er det en god praksis å unngå å legge til komponenter nær utgangen på RF-kjeden for å opprettholde et høyt utgangseffektnivå. Det ideelle stedet for Thermopad er mellom de tre første forsterkerstadiene, som er stedet fremhevet i figur 5.
Figur 5. Blokkdiagram for termisk kompensasjon
Simuleringsresultatet av ADIs termiske kompensasjon HMC7891 ytelse med lite signal er vist i figur 6. Før frekvensutjevning reduseres forsterkningsendringen til maksimalt 2.5 dB. Dette er innenfor det nødvendige området på ± 1.5 dB forsterkningsendring.
Figur 6. HMC7891 simulerte liten signalforsterkning over temperatur
Frekvensutjevning
Dette kompenserer for naturlig forsterkning i de fleste bredbåndsforsterkere. Det finnes forskjellige equalizer-design, inkludert passive GaAs MMIC-sjetonger. Passive MMIC-utjevnere er små i størrelse og har ingen DC- og kontrollsignalkrav, så de er veldig egnet for å begrense forsterkerdesign. Antallet frekvensutjevnere som kreves, avhenger av den ukompenserte forsterkningshellingen på begrensningsforsterkeren og responsen til den valgte utjevneren. En designanbefaling er å overkompensere frekvensresponsen for å kompensere for tap av overføringslinje og tap av kobling, samt parasittmateriale som har større innvirkning på gevinsten ved høyere frekvenser. Figur 7 viser testresultatene til den tilpassede ADI GaAs frekvensutjevneren.
Figur 7. Målt frekvensutjevningstap
ADIs HMC7891 begrensningsforsterker krever tre frekvensutjevnere for å korrigere den termisk kompenserte lille signalresponsen. Figur 8 viser simuleringsresultatene til HMC7891 etter termisk kompensasjon og frekvensutjevning. Å bestemme hvor utjevneren skal settes inn er avgjørende for en vellykket design. Før du legger til noen equalizers, må du huske at en ideell begrensningsforsterker jevnt skal fordele maksimal forsterkerkompresjon mellom alle forsterkningstrinn for å unngå overdreven metning. Med andre ord, i verste fall bør hver MMIC komprimere likt.
Figur 8. HMC7891 simuleringsfrekvensutjevning liten signalforsterkning over temperatur
I det nåværende designfasen vist i figur 5, kan en equalizer koblet i serie med Thermopad-demperen legges til ved inngangen til enheten for å erstatte den faste demperen ved utgangen til enheten. Hvorfor gjorde du dette? Fire grunner
1. Å legge til en equalizer til inngangen til begrensningsforsterkeren vil redusere effekten til det første forsterkningstrinnet. Derfor reduseres komprimeringen av nivå 1. Reduksjonen i komprimering av forsterkningsstadiet tilsvarer reduksjonen i det begrensende dynamiske området. I tillegg er det begrensende dynamiske området spredt i frekvensområdet på grunn av dempningshellingen til utjevneren. Jo lavere frekvens, desto mer reduseres det dynamiske området. For å kompensere for det reduserte dynamiske området, må RF-inngangseffekten økes. Imidlertid, på grunn av skråningen til equalizeren, vil en ujevn økning i inngangseffekten øke risikoen for overdrive av forsterkerens forsterkningstrinn. Det er mulig å legge til en equalizer til inngangen til enheten, men dette er ikke det ideelle stedet.
2. Å legge til en equalizer koblet i serie med Thermopad vil redusere komprimeringen av påfølgende forsterkere. Dette vil resultere i ujevn fordeling av forsterkerkompresjon mellom forsterkningstrinn, og reduserer det generelle begrensende dynamiske området. Det anbefales ikke å koble utjevneren i serie med Thermopad-demperen.
3. Å bruke en eller flere equalizere i stedet for faste dempere vil bare endre kompresjonsnivået til utgangstrinnforsterkeren. For å minimere denne variasjonen og unngå RF-overdrive, bør utjevningstapet være omtrent lik den faste dempingsverdien som er fjernet fra systemet. I tillegg, som nevnt ovenfor, vil tilsetning av en equalizer før forsterkningstrinnet resultere i en spredning av det begrensende dynamiske området og frekvensen. For å minimere denne effekten, bytt ut så få equalizere som mulig.
4. Utjevneren kan legges til utgangen på enheten. Utjevningsutjevning vil redusere utgangseffekten, men vil ikke gi en begrensende spredning av dynamisk område. Utgangsutjevning gir en litt positiv utgangseffekthelling, men denne skråningen blir oppveid av høyfrekvent emballasje og tap av koblinger.
Det ferdige firetrinns begrensningsforsterkeroppsettet er vist i figur 9.
Figur 9. Blokkdiagram over frekvensutjevning
Figur 10 viser resultatene for utgangseffekt og temperatursimulering av ADI HMC7891. Den endelige utformingen oppnådde et begrensende dynamisk område på 40 dB. Under alle driftsforhold var den simulerte endringen i verste fall utgangseffekt 3 dB.
Figur 10. Forholdet mellom simulert PSAT av HMC7891 og frekvens innen temperaturområdet
Vår andre produkt:
