Cihaz Capacitance ve Rf Amplifier Frekans Yanıtı Üzerine İndüksiyon

Cihaz Capacitance ve RF Amplifier Frekans Yanıtına Giriş

RF amplifikasyonun frekans cevabı, yararlı bant genişliğini belirler, düzlüğü kazanır ve faz lineerliği yönetirken tasarımcılar etkin cihazlar ve eşleşen ağları dikkatlice seçerler, kaçınılmaz parasitik kapasite ve her iki cihazda da paketlemeler ve paketlemeler önemli ölçüde yükselteç ve #8217; yüksek frekanslı davranışları anlamak için bu reaktif elementler iletişim, radar ve enstrümantasyon sistemlerindeki performansı tahmin etmek ve optimize etmek için nasıl gereklidir.

Bu makale, cihazın kapasitesinin fiziksel kökenlerini ve indüktörlüğünü, elde etme, bant genişliği ve stabilite üzerindeki etkilerini ve olumsuz etkilerini en aza indirmek için kullanılan tasarım tekniklerini araştırıyor.Sonunda, okuyucu parasitik tepki kaynaklarını tanımlayabilmeli ve düz bir frekans yanıtı elde etmek için kanıtlanmış karşıtlığı uygulamalıdır.

Cihaz Parasitic Reaktance

Her aktif yarı iletken cihaz ve #8212; amaçlanan devre tasarımının bir parçası olmayan bipolar bir kavim transistör (FET), veya monolithic mikrodalga bütünleşik devre (MMIC) & #8212; kontraseptifler ve indüktörler.

Device Capacitance

RF cihazındaki kıvrım öncelikle elektrotlar (örneğin, kapı-kaynak, kapı-drain veya baz-collector) ve ölü ve paket substratı arasında mevcuttur.

• [FONT:0)Input cleance[[DÜDÜT:2) [C[DÜDÜ:2) FETs, C_{)be[DÜye ait olan C[DÜyeler): BJT’lerde giriş engelleyici ve yüksek frekanslarda mevcut kazançların rolla katkıda bulunur.}
• [FONT=0)[Dönetici[[Dönetici: 1))[[[Dönetici: 3 ), C_{)[Dönetici[Dönetici: 4 )))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))}
• [FONT:0)Feedback (Miller) kapasitance[Dönetici:0)[C) C_{)[D[DÜDÜye Olmayanlar:)))))))))) Çiftlerin girişine geri dönmesi, bu kapasiteyi çok fazla azaltıp, giriş frekansının dramatik bir şekilde azaltımı sağlar.}

Bu kapasitanslar sürekli değildir; önyargı gerilimi ve sinyal salımı ile değişirler. Örneğin, bir MOSFET'nin kapısı, drenaj kaynaklı gerilim artışları olarak önemli ölçüde azalır, geniş bant yükselteçlerinde kullanılan bir etki.

Device Inductance

İndüksiyon fiziksel bağlantılardan kaynaklanır: pakete gelen bağlantı telleri, yollarına ve çoklu parmak transistör hücrelerin iç routing of multi-finger transistörleri içerir: Anahtar giriş koşulları şunlardır:

• Kaynak/emitter inductance (L[DDD:0)[DÜDÜT:1): yüksek frekanslarda kazanç sağlayan negatif geri bildirimler oluşturur ve faz geçişini sağlayabilir.
• Kapı/base indükance (L[DÜT:0)G): giriş kapasitesi ile bir rezonansa dönüşen bir devre oluşturur, potansiyel olarak zirve veya osilasyon elde eder.
• Dr.Öğrenme (L[D)[D[D:0)[D[D: 1))): düzgün bir şekilde ayarlandığında bant genişliği geliştirmek için bir dizi rezonans oluşturmak için çalışır.

Bond teli genellikle 0,5– siparişindedir;2 nH per tahvil, ve paket, paket tarzına bağlı olarak başka 1–10 nH'yi paket tarzına bağlı olarak, birkaç nH'nin indükleme işlemi önemli bir kesintiye yol açabilir.

Frekans Yanıtı Üzerine Etkileri

Cihaz kapasitesi ve indükance ile ilgili birleşik eylem, yükselteç ve #8217 tanımlayan karmaşık bir kutup ağı oluşturur; frekans-bölge davranışı.

Roll-Off ve Band geniş Sınırlama

En temel etki, giriş ve çıkış kapasitesinin neden olduğu düşük bir karakteristiktir. Yaygın kaynak FET amplifikasyonu için giriş kutup frekansı yaklaşık:

[FONT:0)[DÜDÜDÜye: 2)[Üye: 2)[Üye: 9)[Üye/Üye/Üye/Üye))[Üye ait olan (Üye))

R_{)[DÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞ}

Inductance ek kutuplar getirir. Kaynak indükance, örneğin, düşük frekanslarda sıfır oluşturur ve sıfırın düzgün bir şekilde yerleşip genişletilemeyeceğini daha yüksek frekanslarda bir kutup oluşturur.Ancak, kontrolsüz giriş oranı genellikle yuvarlanır, 20 dB/decade.

Resonance ve Lig Peaking

İndüktif ve kapasitif tepkiler belirli bir frekansta iptal edildiğinde, bir seri veya paralel rezonans meydana gelir. Örneğin, girişte tahvil telin seri kombinasyonu (L) ve cihaz ve #8217; çıkış kapasitesi (C) frekans yanıtını tekrarlayabilir, Q faktörü yüksekse, bu zirve resonans frekansında yararlı kazanç sağlayabilir ve ayrıca bant kenarlarını da daraltır.

Faz Geçiş ve Grup Gezme

Her kutup ve sıfır faz değişimine katkıda bulunur. Geniş bant yükselteçlerinde (örneğin, pul veya dijital modulation için), faz doğrusal olmayanlığı grup değişikliğine yol açar, sinyal dalgaformunu azaltır. Capacitance-dominated poles neden lagging faz; indüktif-dominated zeros neden bu etkilerin geçiş bandında lineer aşaması korumak için kritiktir.

Stability Ins

Parasitik tepki, bir osilatöre yükseltilebilir. En yaygın mekanizma, Miller kapasitance ve resonant yük dürtüsünü içerir: geri dönüş etrafında geçiş 180° özellikle de döngünün birliğini aştığında, oscilla[değiştirme olasılığı vardır.)

Modeling Device Parasitics

Doğru modelleme, daha önce yapılan baskı yanıtını tahmin etmek için gereklidir. Anahtarsal ADS, Cadence AWR veya açık kaynak Qucs, mühendislere transistör modellerinde parasitik elementler içermelerine izin verir.

Küçük-Signal Equivalent Devreleri

RF cihaz modelleri basit karma-&pi'yi genişletir; veya açık parasitik indüktörler ve kapasitörler ile uygulama modeli. GaAs pHEMT için tipik bir model şunları içerebilir:

• C[DÜDÜ:0)[[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜN, C[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜN)[Üye Olmayanlar[Üye Olmayanlar[Üyeler, 4)
• L[DÜDÜ:0)[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜN, L[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜ)[Üye Olmayanlar (GÜN)
• R_{)[Dönetici: {0}[Dönetici:2|Dönetici: 4)[Dönetici: 4 ))[Dönetici: 4|Düzücük kayıplar, kapı, kaynak, drenaj)}
• Paket pins arasında substrate kapasitance ve darbeling

Model parametreleri S-parameter ölçümlerinden ve de-embedding tekniklerinden çıkarılmıştır. Geniş bant tasarımları için, dağıtılmış etkiler de iletim hattı segmentlerini gerektirebilir.

S-Parameter Analizi

Scattering parametreleri doğrudan yükseltici ve #8217; Birden fazla frekansta davranış. Giriş geri dönüş kaybı (S₎₁₁), kazanç (S) Tüm parasitik tepki etkisini ortaya koyar.)[D[FLT: 9).

Daha derin bir anlayış için, mühendisler genellikle bir Smith grafiğinde S-parametreler arsalar. İndüktif dürtü bir saatli bir yay olarak görünür; kapasitif eğimli bir şekilde, bu yayları frekansla takip etmek baskın parasitics tanımlamaya yardımcı olur.

Mitigate Parasitic Effects için Tasarım Teknikleri

Birkaç kanıtlanmış strateji, mühendisler cihazın kapasitansını olumsuz etkisini ve frekans yanıtını azaltmalarına yardımcı olur.

Layout Optimizasyonu

Basılmış devre kurulunda (PCB) veya monolithic çip üzerindeki bileşenlerin fiziksel düzenlemesi, parasitik indükleme ve kapasitance üzerinde en büyük etkiye sahiptir.

• [FONT=0)Mükemmel olmayan alanları [Dönetici:0) Her mevcut döngü (örneğin, kapı kaynaklı devre) hemen hemen sinyal katmanının altından indirilmesi mümkün olduğunca küçük olmalıdır.
• [FONT:0]Short, geniş izler.[DÜT:1] Cihazın izleri, pratik olarak kısa ve geniş olmalıdır. En az 0.020 inç bir iz genişliği 50 Ω için yaygındır; mikrostrip.
• [FONT:0]Via dikme.[[DÜT:1] Zemin uçağa bağlı olarak birden çok gen, toprağa geri dönüş yolunu azaltmaktadır.
• [[0)Component Oriente ([Dönetici:0) Yer, cihazı pins'e mümkün olduğunca yakın olan kapasitörler atlar; onların öncü girişleri filtreleme etkisini başka türlü olumsuz yönde etkileyebilir.

Neutralizasyon

Neutralizasyon, geri dönüşlerin etkisini iptal eder (Miller) FET yükselticileri tanıtarak, bir kapasitif bölmek veya dönüştürücü yol sağlamak için BJT amplifikasyonunda, üst düzey bir toplayıcıya bağlı olarak küçük bir kapasitörlülüğü kullanarak yapılır.

Kaynak / Emitter Dejenerasyon

Kaynakla küçük bir inductor (veya direnici) eklemek veya yayıcı, elde edilen kazanç ve geniş bant genişliğine sahip negatif geri bildirimler oluşturur.Inductive dejenerasyon, giriş oranını en uzun süre dengelemek için sıfır üretir, öz-reson frekansı işletim bandının üzerinde iyidir.

Ağları Impedance Matching Networks

Ağları, kaynağı dönüştürerek, uygun bir şekilde cihazla etkileşime girebilen değerlere yükler ve devreler. iyi tasarlanmış bir maç, ağ elementlerine parasitik tepkileri absorbe edebilir. Örneğin, bir girişli seri elemanı cihazı cihazı ile yeniden etkileşime girebilir ve sonuçlar elde eder.

Geniş bant eşleştirme genellikle belirli bir maç ve cihaz Q için çok aşamalı L-C merdivenlerini kullanır.

Common-Gate / Common-Base Topologys

Bu konfigürasyonlarda, kapı veya temel RF'de yerleştirilmiştir, Miller etkisini ortadan kaldırır, çünkü geri bildirim kapasitesi AC zeminde bir terminal görür. Ortak-gate amplifikatörün girişte hakim olduğu yüksek bir girişe sahiptir ve uygun bir şekilde genişletilebilir.Bu topoloji düşük yükseltici yükselteçler için tercih edilir, ancak dikkatli önyargı decoup gereklidir.

Pratik Ampiksiyon Aşamalarının Frekans Yanıtı

Kavramları göstermek için, iki ortak RF amplifikasyonun aşamalarını ve parasitik tepkinin rolünü düşünün.

Common-Kaynak FET Amplifier

Orta bant kazancı transkondüktör tarafından belirlenir (g₎) ve yükleme direnci artırır.[Dönetici: 9) kaynağı ile bir kutup oluşturur.[Dönetici: 9)|Dönetici[Dönetici: 9|Dönetici)

Cascode Amplifier

Kalip çift (kommon-kaynak ortak tarafından takip edilen) dramatik olarak Miller etkisini azaltır çünkü ortak nokta, giriş FET'nin boşaltılmasına düşük bir engel sunar, CFLT:0) Bu, kutupları çok daha yüksek bir frekansa itir.

Ölçme ve Parasitik Etkileme

Cihaz parasitiği dikkatli ölçüm ve de-embedding gerektirir. Vector ağ analizörleri (VNAs) kalibrasyon standartları (SOLT veya TRL) bir test odasında S-parametreleri ölçmek için kullanılır.The fikstür ’ kendi parasitics (open, kısa, through) özel kalibrasyon substratları kullanılarak çıkartılmalıdır.

Zaman-bölge reflekmetri (TDR) sinyal yolları boyunca iz ve aşırılıkların yerini ve boyutunu tanımlayabilir. Monolithic tasarımları için, elektromanyetik simülasyon (örneğin, HFSS veya Momentum), üretimden önce bağlantı ve darbe substratını doğru bir tahmin sağlar.

Mühendisler her zaman ölçüme karşı frekans yanıtlarını doğrulaymalıdır, çünkü parasitics çok fazla montaj toleransına, bağlantı şekline ve PCB malzeme özelliklerine bağlıdır.For more reading,TELFLT:0)Mikrodalgas101 parasitic kapasitance analizi), pratik bir bakış sunar ve DÖRÜŞÜNCÜŞÜNCÜSÜSÜŞÜNCÜSÜSÜyetim Cihazları ve PCB malzeme özellikleri Kapsamlı eşleştirme teknikleri sunar.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Cihaz kapasitesi ve indükleme, her RF amplifikine karşı hassastır ve frekans yanıtlarına derin bir etki uygular. Capacitance limit bant genişliği kutup oluşumu aracılığıyla, transferler veya yanıt verme ağları oluşturabilirken, başarılı RF tasarımı sistematik bir yaklaşım gerektirir: model parasitics küçük imzalı eşdeğerler ve S-parametreler ile doğru bir şekilde sabitlenir, on iki katlı betonlu işlemi en aza indirmek için sabit devreler uygular ve ölçümler için sabitlenebilir.