تحلیل بودجه RF چیست؟

هدف از تجزیه و تحلیل بودجه RF بررسی پاسخ فرکانس باند پهن و سطح توان RF نقاط مختلف آزمون در تقویت کننده محدود کننده است. تجزیه و تحلیل باید انجام شود تا در بدترین حالت درجه حرارت عملکرد ، شیب افزایش و دامنه قدرت ورودی RF گسترده تصحیح شود.

بنابراین ، چه کسی می داند تحلیل بودجه RF چیست؟

طرح اصلی یک تقویت کننده محدود کننده با محدوده 40 دسی بل محدود کننده دینامیکی ، مجموعه ای از چهار تقویت کننده بلوک بهره یا LNA است. در طراحی ایده آل فقط از یک یا دو دستگاه آمپلی فایر اختصاصی استفاده می شود تا تنوع نیرو را در فرکانس های مختلف کاهش دهد و نیازهای جبرانی حرارتی / شیب را به حداقل برساند. شکل 1 نمودار بلوکی اولین تقویت کننده های محدود کننده اولیه قبل از اصلاح دما و جبران شیب را نشان می دهد.

شکل 1. بلوک دیاگرام طراحی اولیه
ابتدا یک مزیت کوچک به شما می رسد ، یک تکنیک برای تکمیل طراحی تقویت کننده باند پهن را توصیه می کنید:
1- محدوده دینامیکی قدرت محدود را مدیریت کرده و شرایط overdrive RF را از بین ببرید
2. عملکرد را در محدوده دما بهینه کنید
3. سرانجام ، جریان قطع جریان را اصلاح کرده و سود سیگنال کوچک را صاف کنید
4- آخرین اصلاح جزئی ممکن است لازم باشد ، یعنی بعد از اینکه تابع برابر سازی فرکانس در طراحی گنجانده شده است ، در مورد جبران درجه حرارت تجدید نظر کنید
محدودیت قدرت
مشکل اصلی در مورد طراحی اولیه نشان داده شده در شکل 1 این است که با افزایش توان ورودی RF ، احتمالاً overdrive RF در مرحله افزایش خروجی رخ می دهد. هنگامی که توان خروجی اشباع شده در هر مرحله افزایش از حداکثر حداکثر ورودی تقویت کننده بعدی در صف بیشتر شود ، افزایش بیش از حد RF رخ می دهد. علاوه بر این ، این طرح مستعد موج دارهای مربوط به VSWR است و به دلیل افزایش بدون میراث زیاد در بسته RF کوچک ، احتمالاً نوسانات رخ می دهد.
به منظور جلوگیری از اضافه راندگی RF ، از بین بردن اثرات VSWR و کاهش خطر نوسان ، می تواند یک میراگر ثابت بین هر مرحله افزایش برای کاهش قدرت و افزایش اضافه کند. برای از بین بردن نوسانات ممکن است به یک جذب کننده RF نیز روی پوشش RF نیاز باشد. برای کاهش حداکثر توان ورودی در هر مرحله افزایش ، زیر سطح توان ورودی ورودی MMIC ، میرایی کافی لازم است. برای تطبیق با حداکثر حاشیه توان ورودی ، برای تطبیق تغییرات دما و اختلافات بین دستگاه ها ، میرایی کافی باید در نظر گرفته شود. شکل 2 نشان می دهد در چه مواردی به میراگر RF در زنجیره تقویت کننده محدود نیاز است.

شکل 2. نمودار بلوک تصحیح اوردرایو
تقویت کننده محدود باند پهن ADI HMC7891 از چهار مرحله افزایش HMC462 استفاده می کند تا محدوده عملکرد به 10 dBm برسد. حداکثر حداکثر توان ورودی 15 دسی بل است. هر مرحله افزایش می تواند حداکثر ورودی RF 18 دسی بل را تحمل کند. به دنبال مراحل طراحی شرح داده شده در پاراگراف قبلی ، یک میراگر بین دو مرحله افزایش اضافه شده است تا اطمینان حاصل شود که حداکثر سطح توان ورودی تقویت کننده بیش از 17 dBm نیست. شکل 3 هنگامی که یک میراگر ثابت به طرح اضافه می شود ، حداکثر سطح توان در ورودی هر مرحله افزایش را نشان می دهد.

شکل 3. شبیه سازی رابطه بین POUT و فرکانس ، اصلاح اضافه فشار RF

این طرح برای گسترش دامنه دمای عملیاتی از نظر حرارتی جبران می شود. نیاز عمومی محدوده حرارتی برای محدود کردن برنامه های تقویت کننده 40- تا 85+ درجه سانتی گراد است. بر اساس تجربه ، می توان از فرمول تغییر سود 0.01 dB / ° / سطح برای تخمین تغییر سود یک طرح تقویت کننده چهار سطح استفاده کرد. با کاهش دما و بالعکس سود افزایش می یابد. با استفاده از افزایش محیط به عنوان پایه ، انتظار می رود که سود کل در دمای 2.4 درجه سانتیگراد 85 دسی بل کاهش یابد و در دمای 2.6- درجه سانتیگراد 40 دسی بل افزایش یابد.
برای جبران حرارتی طرح ، می توان یک میراگر متغیر دمای Thermopad® موجود در بازار را جایگزین میراگر ثابت کرد. شکل 4 نتایج آزمایش یک میراگر پهنای باند تجاری Thermopad را که در بازار موجود است نشان می دهد. بر اساس داده های آزمایش ترموپد و برآورد تغییرات افزایش ، بدیهی است که برای جبران حرارتی طراحی تقویت کننده چهار مرحله ای ، به دو میراگر ترموپد نیاز است.

شکل 4. اتلاف ترموپد بر روی دما
تصمیم گیری در مورد قرار دادن ترموپد یک تصمیم مهم است. از آنجا که از دست رفتن میراگر ترموپاد ، به ویژه در شرایط دمای پایین افزایش خواهد یافت ، بنابراین برای حفظ سطح توان خروجی حد بالا ، از افزودن اجزای نزدیک به انتهای خروجی زنجیره RF جلوگیری می شود. مکان ایده آل برای ترموپد بین سه مرحله آمپلی فایر اول است که همان مکانی است که در شکل 5 برجسته شده است.

شکل 5. نمودار بلوک جبران گرمائی
نتیجه شبیه سازی عملکرد سیگنال کوچک جبران کننده حرارتی ADI HMC7891 در شکل 6 نشان داده شده است. قبل از یکسان سازی فرکانس ، تغییر سود به حداکثر 2.5 دسی بل کاهش می یابد. این در محدوده مورد نیاز 1.5 ± تغییر سود است.

شکل 6. HMC7891 افزایش سیگنال کوچک بیش از دما را شبیه سازی کرده است
برابر سازی فرکانس
این امر باعث افزایش سود طبیعی در بیشتر تقویت کننده های باند پهن می شود. طرح های اکولایزر مختلفی وجود دارد ، از جمله تراشه های غیر فعال GaAs MMIC. اکولایزرهای Passive MMIC اندازه کوچکی دارند و هیچگونه سیگنال کنترلی و DC نیاز ندارند ، بنابراین برای محدود کردن طراحی تقویت کننده بسیار مناسب هستند. تعداد اکولایزرهای فرکانسی مورد نیاز به شیب افزایش جبران نشده تقویت کننده محدود کننده و پاسخ اکولایزر انتخابی بستگی دارد. یک پیشنهاد طراحی این است که کمی پاسخ فرکانس را برای جبران از دست دادن خط انتقال و از دست دادن اتصال ، و همچنین انگلی های بسته بندی که تأثیر بیشتری در افزایش در فرکانس های بالاتر دارند ، بیش از حد جبران کنید. شکل 7 نتایج آزمون اکولایزر فرکانسی ADI GaAs سفارشی را نشان می دهد.

شکل 7. میزان افت اکولایزر فرکانس اندازه گیری شده
تقویت کننده محدودکننده HMC7891 ADI برای اصلاح پاسخ سیگنال کوچک جبران شده به سه اکولایزر فرکانسی نیاز دارد. شکل 8 نتایج شبیه سازی HMC7891 را پس از جبران حرارتی و برابر سازی فرکانس نشان می دهد. تصمیم گیری در مورد قرار دادن اکولایزر برای یک طراحی موفق بسیار مهم است. قبل از افزودن هر اکولایزر ، به یاد داشته باشید که یک تقویت کننده محدود کننده ایده آل باید حداکثر فشرده سازی تقویت کننده را بین تمام مراحل افزایش توزیع کند تا از اشباع بیش از حد جلوگیری کند. به عبارت دیگر ، در بدترین حالت ، هر MMIC باید به همان اندازه فشرده شود.

شکل 8. شبیه سازی فرکانس شبیه سازی HMC7891 افزایش سیگنال کوچک بیش از دما
در مرحله طراحی فعلی نشان داده شده در شکل 5 ، می توان یک اکولایزر متصل به سری با میراگر Thermopad را در ورودی دستگاه اضافه کرد تا میراگر ثابت در خروجی دستگاه جایگزین شود. چرا اینکارو انجام دادی؟ چهار دلیل
1. افزودن یک اکولایزر به ورودی تقویت کننده محدود کننده ، قدرت مرحله اول افزایش را کاهش می دهد. بنابراین ، فشرده سازی سطح 1 کاهش می یابد. کاهش فشرده سازی مرحله افزایش معادل کاهش دامنه پویایی محدود کننده است. بعلاوه ، به دلیل شیب میرایی اکولایزر ، محدوده دینامیکی محدود کننده در محدوده فرکانس پراکنده می شود. هرچه فرکانس کمتر باشد ، دامنه دینامیکی بیشتر کاهش می یابد. برای جبران محدودیت دینامیکی محدودکننده ، باید توان ورودی RF افزایش یابد. با این وجود ، به دلیل شیب اکولایزر ، افزایش ناهموار توان ورودی ، خطر اضافه فشار در مرحله افزایش آمپلی فایر را افزایش می دهد. می توان اکولایزر را به ورودی دستگاه اضافه کرد ، اما این مکان ایده آل نیست.
2. افزودن یک اکولایزر متصل به سری با Thermopad باعث کاهش فشرده سازی تقویت کننده های بعدی می شود. این امر منجر به توزیع ناهموار فشرده سازی تقویت کننده بین مراحل افزایش می شود و دامنه دینامیکی محدود کننده کلی را کاهش می دهد. توصیه نمی شود اکولایزر را به صورت سری با میراگر Thermopad وصل کنید.
3. استفاده از یک یا چند اکولایزر به جای میراگرهای ثابت فقط باعث تغییر سطح فشرده سازی تقویت کننده مرحله خروجی می شود. برای به حداقل رساندن این تغییر و جلوگیری از اضافه راندگی RF ، اتلاف اکولایزر باید تقریباً برابر با مقدار میرایی ثابت برداشته شده از سیستم باشد. علاوه بر این ، همانطور که در بالا ذکر شد ، افزودن یک اکولایزر قبل از مرحله افزایش منجر به پراکندگی محدوده و فرکانس محدود کننده دینامیکی خواهد شد. برای به حداقل رساندن این اثر ، تا حد امکان اکولایزر را تعویض کنید.
4. اکولایزر را می توان به خروجی دستگاه اضافه کرد. یکسان سازی خروجی قدرت خروجی را کاهش می دهد ، اما پراکندگی دامنه پویایی محدود ایجاد نمی کند. یکسان سازی خروجی یک شیب قدرت خروجی کمی مثبت ایجاد می کند ، اما این شیب با بسته بندی با فرکانس بالا و تلفات اتصال جبران می شود.
طرح تقویت کننده محدود کننده چهار مرحله ای در شکل 9 نشان داده شده است.

شکل 9. نمودار بلوکی برابر سازی فرکانس
شکل 10 نتایج شبیه سازی توان خروجی و دما ADI HMC7891 را نشان می دهد. طرح نهایی به محدوده پویایی محدوده 40 دسی بل دست یافت. تحت هر شرایط عملیاتی ، تغییر قدرت خروجی شبیه سازی شده در بدترین حالت 3 دسی بل بود.