La influencia de la capacidad de dispositivo y la inductancia en la respuesta de frecuencias amplificadoras Rf

donde R_S] es la impedancia de la fuente y A_v es la ganancia de tensión. La capacitancia de retroalimentación multiplida de Miller domina típicamente, estableciendo el ancho de banda > 822;3 dB. Como aumento de ganancia, el ancho de banda disminuye proporcionalmente significativamente.

La inductancia introduce polos adicionales. La inductancia de la fuente, por ejemplo, crea un cero a bajas frecuencias y un polo a frecuencias más altas que pueden extender ancho de banda si el cero está correctamente colocado. Sin embargo, la inductancia incontrolada a menudo degrada la tasa de redondeo, lo que hace más pronunciada que el ideal 20 dB/decade.

Resonancia y pico de ganancia

Cuando las reacciones de# inductivas y capacitivas se cancelan a una frecuencia específica, se produce una serie o resonancia paralela. Por ejemplo, la combinación de la serie de inductancia de alambre de enlace (L) y el dispositivo de unión#8217; la capacitancia de salida (C) puede resonar, produciendo un pico en la respuesta de frecuencia.

Cambio de fase y distorsión de retrasos en el grupo

Cada polo y cero contribuye al cambio de fase. En amplificadores de banda ancha (por ejemplo, para la modulación digital o de pulso), la no linealidad de fase conduce a la variación de retrasos en grupo, distorsionando la forma de onda de señal. Los polos dominados por la capa causan fase de rezago; los ceros dominados por inductancia causa fase de conducción.

Preocupaciones por la estabilidad

La reacción parasitaria puede convertir un amplificador en un oscilador. El mecanismo más común implica la capacitancia Miller y una impedancia de carga resonante: si la fase gira alrededor del bucle de retroalimentación alcanza 180 puntos#176; en una frecuencia en la que el aumento de la bucle supera la unidad, la oscilación es probable. La inductancia de la fuente también puede crear un camino de retroalimentación positivo a través del plomo común.

Parasitarios de dispositivo de modelado

El modelado preciso es esencial para predecir la respuesta de frecuencia antes de la fabricación. Los simuladores como Keysight ADS, Cadence AWR o códigos de código abierto permiten a los ingenieros incluir elementos parasitarios en los modelos transistor.

Circuitos Equivalentes de Pequeñas Señas

Los modelos de dispositivos RF extienden el modelo híbrido-plácido simple; o de aislamiento con inductores y condensadores parasitarios explícitos. Un modelo típico para un PHEMT de GaAs puede incluir:

• C_gs], C_gd, C_ds
• L_g], L_s], L_d (inductancias de alambre y plomo)
• R_g], R_s], R_d[ (pérdidas de resistencia en la puerta, fuente, drenaje)
• Substraer capacitancia y acoplamiento entre los pines de paquete

Los parámetros modelo se extraen de mediciones de S-parameter y técnicas de desenganche. Para los diseños de banda ancha, los efectos distribuidos también pueden requerir segmentos de línea de transmisión.

S-Parameter Analysis

Los parámetros de estampación capturan directamente el amplificador ácido#8217;s comportamiento a múltiples frecuencias. Pérdida de retorno de entrada (S₁₁), ganancia (S₂₁), aislamiento (S₁₂) y pérdida de rendimiento de salida (S[LT7]

Para una visión más profunda, los ingenieros suelen trazar S-parameters en un gráfico Smith. La impedancia inductiva aparece como arco de reloj; impedancia capacitiva como arco de contrarreloj. El seguimiento de estos arcos con frecuencia ayuda a identificar parasitarias dominantes.

Técnicas de diseño para Mitigate Efectos Parasitarios

Varias estrategias probadas ayudan a los ingenieros a reducir el impacto negativo de la capacitancia y la inductancia del dispositivo en la respuesta de frecuencia.

Optimización de diseño

El arreglo físico de componentes en la placa de circuito impreso (PCB) o el chip monolítico tiene la mayor influencia en la inductancia y la capacitancia parasitarias.

• Minimizar las áreas de lazo. Cada lazo actual (por ejemplo, circuito de fuente de puerta) debe ser lo más pequeño posible para reducir la inductancia. Use los planos de tierra inmediatamente debajo de la capa de señal para devolver el flujo.
• Short, trazas anchas. Las trazas a las pistas del dispositivo deben ser tan cortas y anchas como prácticas. Un ancho de traza de al menos 0.020 pulgadas es común para 50 > 937; microstrip.
• La costura vina. Múltiples vias conectadas al plano del suelo reducen la inductancia del camino de retorno del suelo.
• Orientación obligatoria.] Los condensadores de bypass de lugar lo más cerca posible de los pines del dispositivo; su inductancia de plomo puede negar el efecto filtrante.

Neutralización

La neutralización cancela el efecto de la capacitancia de retroalimentación (Miller) introduciendo una señal fuera de fase de igual magnitud. Esto se hace comúnmente en los amplificadores BJT usando un pequeño condensador conectado de la base a un voltaje de colector invertido (recoupling en pares diferenciales).En los amplificadores FET, un divider capacitivo o un transformador puede proporcionar el camino neutralizador de la tur.

Fuente/Degeneración del Emitter

La adición de un pequeño ductor (o resistor) en serie con la fuente o emisor crea retroalimentación negativa que aplana el beneficio y extiende ancho de banda. La degeneración inductiva produce un cero que puede compensar el polo de entrada, siempre y cuando el ductor P. #8217; su frecuencia auto-resonante está muy por encima de la banda de operaciones. Esta técnica es ampliamente utilizada en amplificadores distribuidos de banda ancha.

Redes de emparejamiento de impedancia

Las redes de emparejamiento transforman la fuente y las impedancias de carga a valores que interactúan óptimamente con el dispositivo denominado#8217; sus impedancias de entrada y salida. Un partido bien diseñado puede absorber las reacciones parasitarias en los elementos de red. Por ejemplo, un elemento de serie inductiva en la red de emparejamiento puede resonar con el dispositivo#8217; su capacitancia de salida, presentando una resistencia pura en la frecuencia central.

La banda ancha que coincide con frecuencia utiliza escaleras L-C multietapa (por ejemplo, Chebyshev o filtros máximo planos) que intercambian onda para ancho de banda. El límite Bode-Fano define el ancho de banda máximo alcanzable para un partido y dispositivo dado Q.

Topologías comunes de origen / base común

En estas configuraciones, la puerta o la base se basa en RF, eliminando el efecto Miller porque la capacitancia de retroalimentación ve un terminal en el suelo AC. El amplificador de la puerta común tiene una impedancia de entrada alta dominada por la inductancia y puede lograr ancho ancho ancho de banda con la terminación adecuada. Esta topología es favorecida para amplificadores de baja ruido, aunque se requiere un sesgo cuidadoso de desacoupling.

Frecuencia Respuesta de las etapas de amplificador práctico

Para ilustrar los conceptos, considere dos etapas de amplificador RF comunes y el papel de la reacción parasitaria.

Amplificador FET de la fuente común

[LT] [FLT] [FLT]] [FLT]]] [FLT]]] y la resistencia a la carga.

Amplificador de código de Casco

El par casco (fuente común seguido de la puerta común) reduce drásticamente el efecto Miller porque la etapa común presenta una baja impedancia al drenaje de la entrada FET, minimizando el oscilación de tensión a través de C_gd. Esto empuja el polo de entrada a una frecuencia mucho mayor. La penalización es mayor inductancia de salida del dispositivo extra y el cableado de banda intereta.

Medición y Simulación de la Influencia Parasitaria

Parasitarios de caracteres requiere una medición cuidadosa y desenganche. Los analizadores de red vectorial (VNAs) con estándares de calibración (SOLT o TRL) se utilizan para medir los parámetros S del dispositivo desnudo en una fijación de pruebas. La fijación del dispositivo#8217; su propia parasitica (abierto, corto, a través) debe ser subtraída usando substratos de calibración dedicados.

La reflectometría de dominio del tiempo (TDR) puede identificar la ubicación y magnitud de las discontinuidades inductivas a lo largo de las vías de señal. Para los diseños monolíticos, la simulación electromagnética (por ejemplo, con HFSS o Momentum) proporciona una predicción precisa de interconexiones y el acoplamiento de sustratos antes de la fabricación.

Los ingenieros siempre deben verificar la respuesta simulada de frecuencia contra la medición, ya que los parasitarios dependen en gran medida de tolerancias de montaje, forma de alambre de enlace y propiedades materiales PCB. Para más información, el análisis Microwaves101 de capacitancia parasitaria ofrece una visión práctica y A matchnalog Devices limit#8217; RF amplifier design guide[FLT]