A változó csillapítóegy passzív vagy aktív RF/mikrohullámú komponens, amelyet arra terveztek, hogy szabályozható mértékben csökkentse a jel amplitúdóját, miközben fenntartja az elfogadható impedancia egyezést a működési sávszélességében. Ellentétben a rögzített csillapítókkal, amelyek egyetlen előre meghatározott beillesztési veszteséget biztosítanak, a változó csillapítók lehetővé teszik a csillapítási szintek -folyamatos vagy diszkrét-beállítását, tipikusan közel-nullától 30 dB-ig vagy azon túl, a topológiától és az alkalmazási követelményektől függően. Az eszköz kritikus alkalmazást talál az automatikus erősítésszabályozó hurokban, az adóteljesítmény-szabályozásban, a vevő dinamikus tartományának kiterjesztésében és a tesztműszerekben, ahol elengedhetetlen a precíz jelszint-manipuláció.
Miért nem bíztam a specifikációs lapokban?
Őszinte leszek: katasztrófa volt az első változó csillapító, amit a tervezésbe beleírtam. Nem azért, mert az alkatrész rossz volt-az adatlap tökéletesnek tűnt. 0.5 dB lépések, 31,5 dB tartomány, DC-től 4 GHz-ig. Amit az adatlap nem hangsúlyoz, az a beillesztési veszteség változása a hőmérséklet között. Kültéri egységet építettünk vezeték nélküli backhaul rendszerhez. A nyári teszt jól sikerült. Januárban Minnesotában a dolog 1,8 dB-lel csökkent a maximális csillapítás mellett. Az AGC hurok megbolondult, és megpróbálta kompenzálni.
A lecke egy táblapörgetésbe és hat hétbe került. Most három dolgot ellenőrizek, mielőtt a csillapítási tartományt megnézném:
Beillesztési veszteség minimális csillapítási állapotban. Ez az alapbüntetés,{1}}amit mindig fizet.
Beillesztési veszteség delta a teljes hőmérsékleti tartományban. Általában az adatlap 14. oldalán van eltemetve.
VSWR atmindencsillapítási állapotokat, nem csak azt, amelyet{0}}a címlapra választottak.
Minden más másodlagos.
A PIN-dióda: Munkaló furcsaságokkal
A legtöbb rádiófrekvenciás mérnök először PIN-dióda csillapítókhoz nyúl, és jó okkal. A fizika elegáns: fecskendezzen áramot a belső tartományba, nő a vezetőképesség, csökken a rádiófrekvenciás ellenállás. Fordítsa meg az előfeszítést, és magas impedanciát kap. Illesszen néhányat ezekből egy pi vagy tee hálózatba megfelelő illesztéssel, és folyamatosan változó csillapítást kap, amelyet egyenfeszültség vagy áram vezérel.
A frekvencia tartomány valóban lenyűgöző. Egyenáram 40 GHz-ig jó tervezéssel elérhető. Egyes speciális alkatrészek túllépik az 50 GHz-et. A Skyworks SKY12347-362LF, amelyet valószínűleg tucatnyi tervben használtam, lefedi a DC-t 6 GHz-ig, körülbelül 32 dB hatótávolsággal. Szilárd rész. Nem izgalmas, de szilárd.
Amit az alkalmazási megjegyzésekben nem mondanak el: a PIN-diódák memóriaeffektussal rendelkeznek alacsony frekvenciákon. Körülbelül 10 MHz alatt a belső tartományban tárolt töltés nem törlődik elég gyorsan az RF ciklusok között, és a csillapítás jelszintfüggővé válik. Láttam, hogy a harmadrendű-torzítás 15 dB-lel megugrott egy olyan kialakításban, amely 1 MHz-től 2 GHz-ig terjedt volna. A javítás egy felüláteresztő -szűrő bemenete volt,{10}}amivel a rendszertervező nem volt elégedett.
A hőmérsékleti együttható a másik gotcha. Az áram-vezérelt PIN-csillapítók eltolódnak, mert a dióda ellenállásának-vs{3}}áramgörbéje a hőmérséklettel együtt változik. A feszültségvezérelt változatok valamivel jobbak, de nem védettek. Költségvetés 0,02-0,05 dB/ fok tervezési célokra. Egy precíziós mérési alkalmazásban ez nem elhanyagolható.
Digitális lépéscsillapítók
Teljesen más állat. A DSA-k FET vagy MEMS kapcsolókkal váltanak a rögzített csillapítószegmensek között. Párhuzamos vagy soros digitális szót küld, és ez a rész kiválasztja, hogy az ellenállás padok melyik kombinációja legyen a jelútban.
A jó: Az ismételhetőség kivételes. A 01101 állapot ugyanazt a csillapítást adja meg ma, holnap és jövőre. A monotonitást a tervezés garantálja,{3}}minden bit hozzáadja a meghatározott növekményt. A kapcsolási sebesség nanoszekundumtól (GaAs FET) mikroszekundumig (MEMS) terjed, ami elég gyors a TDMA burst teljesítményszabályozáshoz.
A rossz: elakadsz a diszkrét lépéseknél. A 6-bites DSA 0,5 dB felbontást ad, ami egészen addig jól hangzik, amíg 7,3 dB-re nincs szüksége, és 7,0 és 7,5 között kell választania. Az AGC hurokban ez a kvantálás határciklusokat hoz létre. A hurok örökké két állapot között vadászik, soha nem rendeződik. Ezt úgy "megoldottam", hogy hozzáadtam egy kis-tartományú analóg VVA-t a DSA-nyers után, de működik.
A csúnya: hibák a bitátmenetek során. Amikor egy DSA 01111-ről (15,5 dB) 10 000-re (16 dB) vált át, van egy pillanat, -talán 5 ns, esetleg 50 ns-, amikor a belső kapcsolók az állapotok között vannak, és a csillapítás meghatározatlan helyre kerül. Általában alacsonyabb, mint bármelyik végpont, ami azt jelenti, hogy teljesítménycsúcs éri a downstream erősítőt. A pSemi PE43711-je ezt a legtöbbnél jobban kezeli „kevesebb hiba” architektúrával, de ez nem varázslat. Még mindig van átmeneti energia.
Bitek, LSB-k és miért léteznek 7 bites részek?
Egy 6 bites csillapító 0,5 dB LSB-vel 31,5 dB tartományt ad. Elég szabványos.
Miért léteznek tehát 7-bites részek? Két ok. Először is, finomabb felbontás: 0,25 dB lépésekkel precízebben vághatja le a rendszer erősítését. Másodszor-és ez kevésbé nyilvánvaló,-az extra bit felhasználható redundanciára. Egyes gyártók megengedik, hogy mind a 7 bitet használja a 0,25 dB-es lépésekhez, vagy a 6 bitet használja a 0,5 dB-es lépésekhez, és a 7. bitet „finom trimmelésként”, amely eltolja a teljes görbét. Hasznos a gyártás részenkénti{14}}ingadozásainak kompenzálására.
A Peregrine (jelenleg pSemi) úttörő volt az UltraCMOS folyamatban, amely életképessé tette a nagy teljesítményű szilícium DSA-kat. Előtte, ha komoly sávszélességet akart, GaAs-t vásárolt, ami $$$-t és 5V-os tápegységet jelentett. A PE4312 és leszármazottai 50 ohmos DSA-kat hoztak a 3,3 V-os CMOS földre. Sok terv gazdaságossága megváltozott.
MEMS: Az ígéret és a várakozás
A mikroelektromechanikai rendszerek azt ígérték, hogy forradalmasítják a rádiófrekvenciás csillapítást. Apró fizikai kapcsolók, zárt állapotban lényegében tökéletesek, nyitott állapotban lényegében nyitottak. Nincsenek félvezető paraziták. Ohmos érintkező.
Az elmélet megállja a helyét. A MEMS csillapítók olyan beillesztési veszteséget és linearitást érnek el, amelyet a szilícium nem tud megérinteni. Az Analog Devices ADRF5720 40 GHz-en működik, 1,5 dB-es beillesztési veszteséggel. Próbáld ki FET kapcsolóval.
De-ez egy nagy dolog, de-a megbízhatóság továbbra is vitatott. A MEMS kapcsolók fizikailag mozognak. A mozgó alkatrészek elhasználódnak. A gyártók ciklusok milliárdjait állítják, és jóindulatú laboratóriumi körülmények között valószínűleg meg is kapják őket. Hőciklussal, páratartalommal, vibrációval rendelkező alkalmazásban? szkeptikus vagyok. Pontosan egy MEMS csillapítót láttam egy olyan gyártási tervben, amelyen dolgoztam, és ez egy tesztműszerben volt, ahol a kapcsolási sebesség másodpercenként néhányszor volt. Egy cellás bázisállomásról, amely másodpercenként több ezer teljesítménybeállítást végez... kérdezze meg újra öt év múlva.
A csomagolással is gond van. A MEMS eszközök hermetikus tömítést igényelnek, különben a nedves levegő bejut, és a dolgok korrodálódnak vagy megtapadnak. A hermetikus csomagok pénzbe kerülnek. Az egész értékajánlat inogni kezd, amikor a „15 USD értékű MEMS szerszám” „8 USD hermetikus csomagban” érkezik „12 USD összeszerelési költséggel”.
Mechanikus csillapítók: Még nem haltak meg
Látogasson el bármelyik rádiófrekvenciás tesztlaborba, ahol forgólapátos csillapítókat talál a kalibrálási kínálatban. Ezek a hullámvezető vadállatok-a rezisztív kártyát fizikailag forgatva megváltoztatják az elfogott jel mennyiségét-olyan pontosságot kínálnak, amelyet az elektronikus csillapítók nehezen tudnak elérni.
Weinschel 953 sorozat. Hewlett-Packard 355C/D (igen, HP, nem Agilent vagy Keysight-ezek a dolgok olyan régiek és még mindig működnek). A Flann Microwave precíziós hullámvezető egységei. Nehezek, lassúak, drágák és abszolút megbízhatóak. Ha 18 és 26,5 GHz között ±0,1 dB pontosságú 40 dB-es referenciára van szüksége, akkor nem félvezetőhöz nyúl.
Padon való használatra a manuális lépéscsillapítók a kattintás{0}}stop tárcsákkal furcsán relevánsak maradnak. Egy régi Kay 1/839 50 dollárért megvásárolható az eBay-en, és 1 dB-es lépésekkel 79 dB-re jobb illeszkedést biztosít, mint a legtöbb integrált DSA. Az összekötők veszteséget növelnek, amelyet kalibrálni kell, de a gyors kísérletekhez tökéletesek.
Egy JFW 50R-142-est tartok az asztalfiókomban. Fix 50 ohmos koaxiális, névleges DC-2 GHz, 0 és 110 dB között 1 dB-es lépésekben. A kapcsolók valódi precíziós ellenállás-hálózatok, nem félvezetők. Úgy van felépítve, mint egy tank, és túl fog élni rajtam.
Optical Variable Attenuators (VOA)
Más világ. A szálas rendszerekben a csillapítást az optikai rétegen kezelik, és a mechanizmusok lenyűgözőek.
MEMS{0}}alapú VOAhasználjon dönthető tükröt. A fény bejön a bemeneti szálból, eléri a tükröt, és visszaverődik a kimeneti szál felé. Döntse meg egy kicsit a tükröt, és néhány fény kihagyja a kimeneti magot. Döntse meg jobban, több fény hiányzik. Analóg vezérlés, ésszerű sebesség, kiváló ismételhetőség. A DiCon MEMS VOA lényegében egy évtizeden át az ipari szabvány volt.
Folyadékkristályos VOA-kkihasználni a polarizációt. A folyadékkristály forgatja az áthaladó fény polarizációs állapotát; ezután egy polarizátor csillapodik a forgási szög alapján. Semmi mozgó alkatrész. Lassabb, mint a MEMS, de mechanikusan golyóálló.
Van isváltozó szálú Bragg rácsmegközelítések éselektronikusan{0}}vezérelt abszorpcióspeciális szálakban, de ezek a niche. A legtöbb távközlési VOA, amellyel találkozni fog, a MEMS vagy az LC.
A beillesztési veszteség itt nagyon fontos, mert gyakran felerősített tartományok láncolatában vagy. A VOA-ban elpazarolt minden 0,5 dB 0,5 dB OSNR, amelyet soha nem kap vissza. A jó MEMS VOA-k 0,8 dB alatti IL-t érnek el; az olcsók elérik az 1,5 dB-t vagy még rosszabbat.
Gyakorlati kiválasztási megjegyzések
Néhány dolog, amit bárcsak valaki korábban elmondott volna:
A csillapítók rendszerimpedanciához való illesztése nem kötelező.
Igen, az Ön DSA-ja „50 ohmra van méretezve”. De ha a kártya átviteli vonalai valójában 52 ohmosak, mert a stackup nem -célzott, akkor hullámzást fog látni az S21-ben a frekvencián, ami megőrjít a jellemzés során. Ez nem a csillapító hibája.
01
A teljesítménykezelési specifikációk tökéletes hőelvezetést feltételeznek.
Az "1W max bemenet" névleges értéket úgy mérték, hogy az értékelő táblát egy alumínium blokkhoz csavarozták. A tényleges nyomtatott áramkörön 1 uncia rézzel és termikus átmenet nélkül? Valószínűleg 0,4 W-ig biztonságban vagy. Talán.
02
A vezérlőfelület többet számít, mint gondolná.
Egy párhuzamos-interfész DSA-hoz 6-7 GPIO-ra van szüksége. Ha a mikrokontroller GPIO{5}}korlátozott, akkor most egy műszakregisztert vagy I²C bővítőt ad hozzá. A soros interfész DSA-k ezt elkerülik, de növelik a késleltetést. Gyors AGC hurokban ez a késleltetés számíthat. Ellenőrizze az időzítési diagramokat.
03
A szállítói jelentkezési megjegyzéseket olyan emberek írják, akik alkatrészeket szeretnének eladni Önnek.
Megmutatják az arany táblát, a tökéletes elrendezést, az ideális körülményeket. A futásteljesítmény változó lesz. Olvassa el az alkalmazás megjegyzését a fogalmakért, majd ellenőrizze saját méréseivel.
04
A ténylegesen használt részek
Ezek nem ajánlások-Nem állok pénzügyi kapcsolatban egyetlen gyártóval sem,-csak megfigyelés a leszállított buildekből.
Mert6 GHz alatti DSA-k: pSemi PE43711 (31,5 dB, 0,25 dB lépésekkel, hiba-ellenálló) vagy az olcsóbb PE4312 (31,5 dB, 0,5 dB lépésekkel). Mindkettő működik. Mindkettőnek vannak furcsaságai. Mindkettőnek van elég piaci múltja ahhoz, hogy ismert legyen a hiba.
Mertfolyamatos csillapítás (VVA): A Mini{0}}ZX76 sorozatú áramkörök, ha a költségvetés engedi. Skyworks SKY12347, amikor nem. Egyik sem tökéletes a hőmérsékleten. Ennek megfelelően tervezzen.
Merthigh frequency (>20 GHz): Őszintén szólva felhívom a gyártót és beszélgetek. Az Analog Devices és a Qorvo is tartalmaz alkatrészeket, a választék ritka, és a „helyes” választás nagymértékben függ az Ön egyedi igényeitől. Ez nem szórakoztató elektronika-milliméteres hullámban, minden egyedi.
Mertoptikai távközlés: A DiCon és az Agiltron megbízhatóak voltak. A JDS Uniphase (jelenleg Viavi) jó cuccokat gyárt, de a termékvonalak különböző felvásárlások miatt széttöredezettek. Mielőtt elkötelezi magát, ellenőrizze, hogy valójában ki szervizeli az alkatrészt.
Hibamódok, amelyekről senki sem beszél
Az ESD megöli a félvezető csillapítókat. Ez nem hír. Amiről kevésbé esik szó: a kudarc lehet finom is. Láttam olyan alkatrészeket, amelyek még mindig "működnek" egy ESD esemény után, de romlott a linearitás vagy eltolódott a csillapítási kalibráció. Ha rendszere hirtelen meghiúsítja az EMC-tesztet hat hónapig a gyártás után, és Ön semmit sem változtatott, ellenőrizze a csillapítót. Főleg, ha a szerelőháza kezelési eljárást váltott.
A PIN-diódák kecsesen meghibásodnak-a csillapítás eltolódik, a torzítás növekszik-, de ritkán halnak meg hirtelen. A DSA-k FET-kapcsolói súlyosan meghibásodnak. Egy kapcsoló rövidre zár, a csillapítása 4 dB-el hibás, és hacsak nem figyeli ezt, a rendszer rejtélyes módon rosszul működik.
A MEMS hibák általában "elakadt" hibák. A kapcsoló leállítja a kapcsolást. Attól függően, hogy melyik pozícióban ragad, vagy egy halott csatornát kapsz, vagy egy állandóan-utazót. A MEMS csillapítókkal ellátott tesztberendezéseket rendszeresen gyakorolni kell; a hónapokig egy pozícióban ülő kapcsolóknál "stagadás" alakulhat ki.
Amit még nem tudok
Nem dolgoztam vele komolyanferrit-alapúváltozó csillapítók. Az elmélet klassz-mágnesesen-hangolt abszorpció-, de az általam látott részek nagyok, energiaigényesek- (az elektromágnesnek áramra van szüksége), és a hullámvezető megvalósításokra korlátozódik. Lehetnek olyan alkalmazások, ahol ideálisak. Személyesen nem találkoztam eggyel.
grafén-alapúcsillapítók léteznek a szakirodalomban. Állítólag a hangolhatóság a Fermi-szint és így a vezetőképesség változtatásából adódik. Azt hiszem, készen áll a gyártásra,-ha a Digi-Key beszerzi.
Van még munkafázis-módosítsa az anyagokatRF kapcsoláshoz és csillapításhoz. Az ötlet az, hogy bizonyos anyagokat amorf és kristályos állapotok között lehet váltani termikus impulzusok segítségével, drámaian eltérő RF tulajdonságokkal az egyes állapotokban. Korai napok.
Szóval ez a helyzet, ahogy én látom: PIN-diódák az analóg vezérléshez, DSA-k a digitális precizitásért, MEMS-ek, amikor az abszolút legjobb műszaki adatokra van szükség, mechanikus a kalibráláshoz és a metrológiához, optikai az üvegszálas rendszerekhez. Mindegyiknek vannak kompromisszumai. Egyik sem univerzális. Az általam ismert legjobb mérnökök az alapján választják ki a technológiát, hogy mi az, amit elviselnek, és nem csak az alapján, ami a legjobban működik az első napon.
Ha ebből egyet veszünk: teszteljük a hőmérsékletet. Teszt a csillapítási tartomány sarkain. Tesztelje azokat a frekvenciákat, amelyek valóban érdekelnek, nem csak ott, ahol az adatlap a legszebben néz ki. A 25 fokon és 1 GHz-en tökéletesen működő rész elárulhatja -20 fokon és 5,8 GHz-en.
Kérdezd meg honnan tudom.
