Syftet med RF-budgetanalys är att kontrollera bredbandsfrekvenssvaret och RF-effektnivån för olika testpunkter i begränsningsförstärkaren. Analysen måste slutföras för att korrigera för värsta fallstemperatur, förstärkningslutning och brett RF-ingångseffektområde.
Så vem vet vad RF-budgetanalys är?
Den grundläggande layouten för en begränsande förstärkare med ett 40 dB begränsande dynamiskt område är en kaskad av fyra förstärkningsblockförstärkare eller LNA. Den idealiska designen använder endast en eller två dedikerade förstärkare för att minska effektvariationen vid olika frekvenser och minimera kraven på termisk / lutande kompensation. Figur 1 visar blockschemat för de första initiala begränsningsförstärkarna före temperaturkorrigering och lutningskompensation.
Figur 1. Blockdiagram över preliminär design
Först kommer en liten fördel, rekommenderar en teknik för att slutföra utformningen av bredbandsbegränsningsförstärkaren:
1. Hantera det begränsande dynamiska effektområdet och eliminera förhållanden för RF-överdrift
2. Optimera prestanda inom temperaturområdet
3. Korrigera slutligen avrullningen och platta ut den lilla signalförstärkningen
4. Den sista mindre korrigeringen kan vara nödvändig, det vill säga efter att frekvensutjämningsfunktionen har införlivats i konstruktionen, ompröva temperaturkompensering
Effektgräns
Huvudproblemet med den preliminära utformningen som visas i figur 1 är att när RF-ingångseffekten ökar, kommer troligen RF-överdrift att inträffa vid utgångsförstärkningssteget. När den mättade uteffekten för något förstärkningssteg överstiger den absoluta maximala ingången för nästa förstärkare i kön, kommer RF-överdrift att inträffa. Dessutom är designen benägen för VSWR-relaterade krusningar, och svängningar kommer sannolikt att inträffa på grund av den höga oavdämpade förstärkningen i det lilla RF-paketet.
För att förhindra RF-överdrift, eliminera VSWR-effekter och minska risken för oscillation kan en fast dämpare läggas till mellan varje förstärkningssteg för att minska effekt och förstärkning. En RF-absorberare kan också krävas på RF-kåpan för att eliminera svängningar. Tillräcklig dämpning behövs för att minska den maximala ingångseffekten för varje förstärkningssteg under den nominella ingångseffektnivån för MMIC. Tillräcklig dämpning måste inkluderas för att tillgodose den högsta ingångseffektmarginalen, för att tillgodose temperaturförändringar och skillnader mellan enheter. Figur 2 visar var RF-dämparen behövs i den begränsande förstärkarkedjan.
Figur 2. Blockdiagram för korrigering av RF-överdrift
ADI: s bredbandsbegränsande förstärkare HMC7891 använder fyra förstärkningssteg för HMC462 för att möjliggöra att arbetsområdet når 10 dBm. Den absoluta maximala ingångseffekten är 15 dBm. Varje förstärkningssteg tål en maximal RF-ingång på 18 dBm. Efter designstegen som beskrivits i föregående stycke har en dämpare lagts till mellan de två förstärkningsstegen för att säkerställa att den maximala förstärkarens ingångseffektnivå inte överstiger 17 dBm. Figur 3 visar den maximala effektnivån vid ingången till varje förstärkningssteg när en fast dämpare läggs till designen.
Figur 3. Simulering av förhållandet mellan POUT och frekvens, RF-överdrivningskorrigering
Designen kompenseras termiskt för att utöka driftstemperaturområdet. Det allmänna termiska områdeskravet för begränsning av förstärkartillämpningar är -40 ° C till + 85 ° C. Baserat på erfarenheten kan förstärkningsförändringsformeln på 0.01 dB / ° / nivå användas för att uppskatta förstärkningsförändringen för en fyra-nivå förstärkarkonstruktion. Förstärkningen ökar när temperaturen sjunker och tvärtom. Med den omgivande förstärkningen som baslinje förväntas den totala förstärkningen minska med 2.4 dB vid 85 ° C och öka med 2.6 dB vid –40 ° C.
För att termiskt kompensera konstruktionen kan en kommersiellt tillgänglig Thermopad® temperaturvariabel dämpare sättas in för att ersätta den fasta dämparen. Figur 4 visar testresultaten för en kommersiellt tillgänglig bredbands Thermopad-dämpare. Baserat på Thermopad-testdata och uppskattade förstärkningsförändringar är det uppenbart att två Thermopad-dämpare behövs för att termiskt kompensera designen för begränsning av förstärkaren i fyra steg.
Figur 4. Thermopad-förlust över temperatur
Att bestämma var Thermopad ska sättas in är ett viktigt beslut. Eftersom förlusten av Thermopad-dämparen kommer att öka, speciellt vid låga temperaturförhållanden, är det bra att undvika att lägga till komponenter nära RF-kedjans utgångsände för att upprätthålla en hög gräns för uteffekt. Den idealiska platsen för Thermopad är mellan de tre första förstärkarstegen, vilket är den plats som markeras i figur 5.
Figur 5. Blockdiagram för termisk kompensation
Simuleringsresultatet av ADI: s värmekompensation HMC7891 liten signalprestanda visas i figur 6. Före frekvensutjämning reduceras förstärkningsförändringen till maximalt 2.5 dB. Detta ligger inom det önskade området ± 1.5 dB förstärkningsförändring.
Figur 6. HMC7891 simulerade liten signalförstärkning över temperatur
Frekvensutjämning
Detta kompenserar för den naturliga förstärkningen i de flesta bredbandsförstärkare. Det finns olika utjämningsdesigner, inklusive passiva GaAs MMIC-marker. Passiva MMIC-utjämnare är små i storlek och har inga DC- och styrsignalkrav, så de är mycket lämpliga för att begränsa förstärkarens design. Antalet frekvensutjämnare som krävs beror på den okompenserade förstärkningslutningen för den begränsande förstärkaren och svaret för den valda utjämnaren. En designrekommendation är att överkompensera frekvensresponsen för att kompensera överföringslinjeförlust och anslutningsförlust, samt paketparasiter som har större inverkan på förstärkningen vid högre frekvenser. Figur 7 visar testresultaten för den anpassade ADI GaAs-frekvensutjämnaren.
Figur 7. Uppmätt frekvensutjämningsförlust
ADI: s HMC7891 begränsningsförstärkare kräver tre frekvensutjämnare för att korrigera det termiskt kompenserade lilla signalsvaret. Figur 8 visar simuleringsresultaten för HMC7891 efter termisk kompensation och frekvensutjämning. Att bestämma var utjämnaren ska sättas in är avgörande för en framgångsrik design. Innan du lägger till några utjämnare, kom ihåg att en ideal begränsningsförstärkare bör fördela den maximala förstärkarens kompression jämnt mellan alla förstärkningssteg för att undvika överdriven mättnad. Med andra ord, i värsta fall bör varje MMIC komprimera lika.
Figur 8. HMC7891 simuleringsfrekvensutjämning liten signalförstärkning över temperatur
I det aktuella konstruktionssteget som visas i figur 5 kan en utjämnare ansluten i serie med Thermopad-dämparen läggas till vid enhetens ingång för att ersätta den fasta dämparen vid enhetens utgång. Varför gjorde du det här? Fyra skäl
1. Att lägga till en equalizer till ingången på begränsningsförstärkaren minskar effekten för det första förstärkningssteget. Därför minskar komprimeringen av nivå 1. Minskningen i förstärkningsstegskomprimering är ekvivalent med minskningen i det begränsande dynamiska området. Dessutom, på grund av utjämningslutningen för utjämnaren, är det begränsande dynamiska området spridda i frekvensområdet. Ju lägre frekvens, desto mer minskas det dynamiska området. För att kompensera för det reducerade begränsande dynamiska området måste RF-ingångseffekten ökas. På grund av lutningen på utjämnaren kommer emellertid en ojämn ökning av ingångseffekten att öka risken för överdrivning av förstärkarens förstärkningssteg. Det är möjligt att lägga till en equalizer till enhetens ingång, men det här är inte den perfekta platsen.
2. Att lägga till en equalizer som är ansluten i serie med Thermopad minskar komprimeringen av efterföljande förstärkare. Detta kommer att resultera i ojämn fördelning av förstärkarkomprimering mellan förstärkningssteg, vilket minskar det totala begränsande dynamiska området. Det rekommenderas inte att ansluta equalizern i serie med Thermopad-dämparen.
3. Om du använder en eller flera utjämnare istället för fasta dämpare ändras endast kompressionsnivån för utgångsstegsförstärkaren. För att minimera denna variation och undvika RF-överdrift bör utjämningsförlusten vara ungefär lika med det fasta dämpningsvärdet som tas bort från systemet. Dessutom kommer, som nämnts ovan, att lägga till en utjämnare före förstärkningssteget att resultera i en spridning av det begränsande dynamiska området och frekvensen. För att minimera denna effekt, byt ut så få utjämnare som möjligt.
4. Utjämnaren kan läggas till enhetens utgång. Utjämningsutjämning minskar uteffekten men kommer inte att ge en begränsande dynamisk områdesdispersion. Utjämningsutjämning ger en något positiv uteffektlutning, men denna lutning uppvägs av högfrekventa förpackningar och anslutningsförluster.
Den färdiga fyrstegsbegränsningsförstärkarlayouten visas i figur 9.
Figur 9. Blockdiagram över frekvensutjämning
Figur 10 visar uteffekt- och temperatursimuleringsresultaten för ADI HMC7891. Den slutliga designen uppnådde ett begränsande dynamiskt intervall på 40 dB. Under alla driftsförhållanden var den simulerade värmeförändringen i värsta fall 3 dB.
Figur 10. Förhållandet mellan simulerad PSAT för HMC7891 och frekvens inom temperaturområdet
Vår andra produkt:
