Phân tích ngân sách RF là gì?

Mục đích của phân tích ngân sách RF là để kiểm tra đáp ứng tần số băng thông rộng và mức công suất RF của các điểm kiểm tra khác nhau trong bộ khuếch đại giới hạn. Việc phân tích phải được hoàn thành để điều chỉnh nhiệt độ hoạt động trong trường hợp xấu nhất, độ dốc khuếch đại và dải công suất đầu vào RF rộng.

Vì vậy, những người biết phân tích ngân sách RF là gì?

Cách bố trí cơ bản của bộ khuếch đại giới hạn có dải động giới hạn 40 dB là một tầng gồm bốn bộ khuếch đại khối khuếch đại hoặc LNA. Thiết kế lý tưởng chỉ sử dụng một hoặc hai thiết bị khuếch đại chuyên dụng để giảm sự biến đổi công suất ở các tần số khác nhau và giảm thiểu các yêu cầu về bù nhiệt / độ dốc. Hình 1 cho thấy sơ đồ khối của bộ khuếch đại giới hạn ban đầu đầu tiên trước khi hiệu chỉnh nhiệt độ và bù độ dốc.

Hình 1. Sơ đồ khối của thiết kế sơ bộ
Đầu tiên, một lợi ích nhỏ, đề xuất một kỹ thuật để hoàn thiện thiết kế bộ khuếch đại giới hạn băng thông rộng:
1. Quản lý dải động công suất giới hạn và loại bỏ tình trạng quá tải RF
2. Tối ưu hóa hiệu suất trong phạm vi nhiệt độ
3. Cuối cùng, sửa lỗi cuộn nguồn và làm phẳng mức tăng tín hiệu nhỏ
4. Chỉnh sửa nhỏ cuối cùng có thể cần thiết, nghĩa là sau khi chức năng cân bằng tần số được kết hợp vào thiết kế, hãy xem xét lại việc bù nhiệt độ
Giới hạn công suất
Vấn đề chính với thiết kế sơ bộ được thể hiện trong Hình 1 là khi công suất đầu vào RF tăng lên, quá tải RF có thể xảy ra ở giai đoạn khuếch đại đầu ra. Khi công suất đầu ra bão hòa của bất kỳ tầng khuếch đại nào vượt quá đầu vào tối đa tuyệt đối của bộ khuếch đại tiếp theo trong hàng đợi, quá tải RF sẽ xảy ra. Ngoài ra, thiết kế dễ bị gợn sóng liên quan đến VSWR, và dao động có thể xảy ra do độ lợi không được lấy dấu cao trong gói RF nhỏ.
Để ngăn chặn quá tải RF, loại bỏ các hiệu ứng VSWR và giảm nguy cơ dao động, một bộ suy giảm cố định có thể được thêm vào giữa mỗi giai đoạn khuếch đại để giảm công suất và tăng ích. Một bộ hấp thụ RF cũng có thể được yêu cầu trên nắp RF để loại bỏ dao động. Cần có đủ độ suy giảm để giảm công suất đầu vào tối đa của mỗi tầng khuếch đại xuống dưới mức công suất đầu vào danh định của MMIC. Phải bao gồm đủ suy hao để thích ứng với biên công suất đầu vào cao nhất, để thích ứng với sự thay đổi nhiệt độ và sự khác biệt giữa các thiết bị. Hình 2 cho thấy nơi cần bộ suy hao RF trong chuỗi bộ khuếch đại giới hạn.

Hình 2. Sơ đồ khối hiệu chỉnh quá tải RF
Bộ khuếch đại giới hạn băng rộng của ADI HMC7891 sử dụng bốn tầng khuếch đại HMC462 để cho phép phạm vi hoạt động đạt 10 dBm. Công suất đầu vào tối đa tuyệt đối là 15 dBm. Mỗi tầng khuếch đại có thể chịu được đầu vào RF tối đa là 18 dBm. Tiếp theo các bước thiết kế được nêu trong đoạn trước, một bộ suy giảm đã được thêm vào giữa hai tầng khuếch đại để đảm bảo rằng mức công suất đầu vào bộ khuếch đại tối đa không vượt quá 17 dBm. Hình 3 cho thấy mức công suất lớn nhất ở đầu vào của mỗi tầng khuếch đại khi một bộ suy hao cố định được thêm vào thiết kế.

Hình 3. Mô phỏng mối quan hệ giữa POUT và tần số, hiệu chỉnh quá tải RF

Thiết kế được bù nhiệt để mở rộng phạm vi nhiệt độ hoạt động. Yêu cầu chung về dải nhiệt để giới hạn các ứng dụng bộ khuếch đại là -40 ° C đến + 85 ° C. Dựa trên kinh nghiệm, công thức thay đổi độ lợi 0.01 dB / ° / mức có thể được sử dụng để ước tính sự thay đổi độ lợi của thiết kế bộ khuếch đại bốn cấp. Độ lợi tăng khi nhiệt độ giảm và ngược lại. Sử dụng mức tăng xung quanh làm đường cơ sở, tổng mức tăng dự kiến ​​sẽ giảm 2.4 dB ở 85 ° C và tăng 2.6 dB ở –40 ° C.
Để bù nhiệt cho thiết kế, có thể lắp bộ suy hao biến nhiệt độ Thermopad® bán sẵn trên thị trường để thay thế bộ suy hao cố định. Hình 4 cho thấy kết quả thử nghiệm của bộ suy hao Thermopad băng thông rộng có bán trên thị trường. Dựa trên dữ liệu thử nghiệm Thermopad và những thay đổi về độ lợi ước tính, rõ ràng là cần hai bộ suy giảm Thermopad để bù nhiệt cho thiết kế bộ khuếch đại giới hạn bốn giai đoạn.

Hình 4. Sự thất thoát nhiệt điện theo nhiệt độ
Quyết định nơi để chèn Thermopad là một quyết định quan trọng. Bởi vì tổn thất của bộ suy hao Thermopad sẽ tăng lên, đặc biệt là trong điều kiện nhiệt độ thấp, nên tránh thêm các thành phần gần đầu ra của chuỗi RF để duy trì mức công suất đầu ra giới hạn cao. Vị trí lý tưởng cho Thermopad là giữa ba tầng khuếch đại đầu tiên, đó là vị trí được đánh dấu trong Hình 5.

Hình 5. Sơ đồ khối bù nhiệt
Kết quả mô phỏng hiệu suất tín hiệu nhỏ HMC7891 bù nhiệt của ADI được thể hiện trong Hình 6. Trước khi cân bằng tần số, sự thay đổi độ lợi được giảm xuống tối đa 2.5 dB. Điều này nằm trong phạm vi yêu cầu của thay đổi độ lợi ± 1.5 dB.

Hình 6. HMC7891 độ lợi tín hiệu nhỏ được mô phỏng theo nhiệt độ
Cân bằng tần số
Điều này bù đắp cho sự tăng giảm tự nhiên trong hầu hết các bộ khuếch đại băng thông rộng. Có nhiều thiết kế bộ cân bằng khác nhau, bao gồm cả chip GaAs MMIC thụ động. Bộ cân bằng MMIC thụ động có kích thước nhỏ và không có yêu cầu về tín hiệu điều khiển và DC, vì vậy chúng rất phù hợp để hạn chế thiết kế bộ khuếch đại. Số lượng bộ cân bằng tần số cần thiết phụ thuộc vào độ dốc khuếch đại không bù của bộ khuếch đại giới hạn và đáp ứng của bộ cân bằng đã chọn. Một khuyến nghị thiết kế là bù một chút đáp ứng tần số để bù lại suy hao đường truyền và suy hao đầu nối, cũng như ký sinh gói có tác động lớn hơn đến độ lợi ở tần số cao hơn. Hình 7 cho thấy kết quả thử nghiệm của bộ cân bằng tần số ADI GaAs tùy chỉnh.

Hình 7. Suy hao bộ cân bằng tần số đo được
Bộ khuếch đại giới hạn HMC7891 của ADI yêu cầu ba bộ cân bằng tần số để điều chỉnh phản ứng tín hiệu nhỏ được bù nhiệt. Hình 8 cho thấy kết quả mô phỏng của HMC7891 sau khi bù nhiệt và cân bằng tần số. Quyết định vị trí để chèn bộ cân bằng là rất quan trọng để thiết kế thành công. Trước khi thêm bất kỳ bộ cân bằng nào, hãy nhớ rằng một bộ khuếch đại giới hạn lý tưởng phải phân phối đều mức nén bộ khuếch đại tối đa giữa tất cả các tầng khuếch đại để tránh bão hòa quá mức. Nói cách khác, trong trường hợp xấu nhất, mỗi MMIC nên nén như nhau.

Hình 8. Cân bằng tần số mô phỏng HMC7891 độ lợi tín hiệu nhỏ theo nhiệt độ
Trong giai đoạn thiết kế hiện tại thể hiện trong Hình 5, một bộ cân bằng được kết nối nối tiếp với bộ suy hao Thermopad có thể được thêm vào ở đầu vào của thiết bị để thay thế bộ suy hao cố định ở đầu ra của thiết bị. Tại sao bạn lại làm như vậy? Bốn lý do
1. Thêm bộ cân bằng vào đầu vào của bộ khuếch đại giới hạn sẽ làm giảm công suất của tầng khuếch đại đầu tiên. Do đó, độ nén của mức 1 bị giảm. Việc giảm nén giai đoạn khuếch đại tương đương với việc giảm phạm vi động giới hạn. Ngoài ra, do độ dốc suy hao của bộ cân bằng, dải động giới hạn bị phân tán trong dải tần. Tần số càng thấp, dải động càng giảm. Để bù cho dải động giới hạn bị giảm, công suất đầu vào RF phải được tăng lên. Tuy nhiên, do độ dốc của bộ cân bằng, công suất đầu vào tăng không đồng đều sẽ làm tăng nguy cơ quá tải của tầng khuếch đại khuếch đại. Có thể thêm bộ cân bằng vào đầu vào của thiết bị, nhưng đây không phải là vị trí lý tưởng.
2. Thêm bộ cân bằng nối tiếp với Thermopad sẽ làm giảm độ nén của các bộ khuếch đại tiếp theo. Điều này sẽ dẫn đến việc phân phối nén bộ khuếch đại không đồng đều giữa các tầng khuếch đại, làm giảm dải động giới hạn tổng thể. Không nên kết nối bộ cân bằng nối tiếp với bộ suy hao Thermopad.
3. Sử dụng một hoặc nhiều bộ cân bằng thay vì bộ suy hao cố định sẽ chỉ thay đổi mức nén của bộ khuếch đại giai đoạn đầu ra. Để giảm thiểu sự thay đổi này và tránh quá tải RF, suy hao của bộ cân bằng phải gần bằng với giá trị suy hao cố định được loại bỏ khỏi hệ thống. Ngoài ra, như đã đề cập ở trên, việc thêm một bộ cân bằng trước giai đoạn khuếch đại sẽ dẫn đến sự phân tán của dải động và tần số giới hạn. Để giảm thiểu ảnh hưởng này, hãy thay thế càng ít bộ cân bằng càng tốt.
4. Bộ cân bằng có thể được thêm vào đầu ra của thiết bị. Cân bằng đầu ra sẽ làm giảm công suất đầu ra, nhưng sẽ không tạo ra sự phân tán dải động hạn chế. Cân bằng đầu ra tạo ra độ dốc công suất đầu ra hơi dương, nhưng độ dốc này được bù đắp bởi tổn thất đóng gói và đầu nối tần số cao.
Sơ đồ bố trí bộ khuếch đại giới hạn bốn tầng đã hoàn thiện được thể hiện trong Hình 9.

Hình 9. Sơ đồ khối của cân bằng tần số
Hình 10 cho thấy công suất đầu ra và kết quả mô phỏng nhiệt độ của ADI HMC7891. Thiết kế cuối cùng đạt được dải động giới hạn là 40 dB. Trong tất cả các điều kiện hoạt động, mức thay đổi công suất đầu ra mô phỏng trong trường hợp xấu nhất là 3 dB.

Hình 10. Mối quan hệ giữa PSAT mô phỏng của HMC7891 và tần số trong phạm vi nhiệt độ

Nhập email của bạn để nhận được bất ngờ

 

1 字段 2 字段 3 字段 4 字段 5 字段 6 字段 7 字段 8 字段 9 字段 10 字段
giải pháp paypal Moneygram Western UnionNgân hàng Trung Quốc
E-mail:[email được bảo vệ]   WhatsApp: +8615915959450 Skype: sky198710021 Tro chuyện vơi tôi
Copyright 2006-2020 Powered By www.fmuser.org