Giriş: Dağıtılmış Mimarlıklar Yüksek Lisans Tasarımlarında Neden Önemli

Sinyal frekansları milimetre dalga (mmWave) ve alt-terahertz spektrumu ile itilirken, geleneksel yükselteç topolojileri sadece birkaç gigahertz'ın kazanılmasında önemli bir temel olarak dağıtılan yükselteç (DA), veya seyahat eden yükseltici (B) ile bilinen klasik bir topolojiye bağlanır.

Kavram, 1936 yılında Percival tarafından patentlendi, daha sonra Ginzton tarafından geliştirildi, Hewlett ve Jasberg 1948'de tek bir aşamada tüm kazançları yoğunlaştırmak yerine, DA, yüksek hızlı oztonlara 100 Gbps sürücüleri ve 5G taban istasyonlarından yüksek çözünürlükte bulunan tüm dönüştürücüleri bir araya getiriyor.Bu yaklaşım, çok sayıda buharlı veya on yıllar boyunca süren standart bir tasarıma etkili bir şekilde katkı sağlıyor.

Dağıtılmış Ampiksiyonu Anlayın: Yapay İletme Hattı

Bir dağıtılmış yükselteçin faydalarını anlamak için, ilk önce operasyonunu anlamak gerekir. A DA, aktif cihazlar (yalnızca alan-son transistörlerden (FETs) veya heterojunction bipolar transistörlerden (HBT) oluşur ve her bir transistör tarafından bağlantılı olarak sinyal bu satırda döndürür.

Her cihazdan gelen çıktı yapay iletim hattı tarafından toplanır, seri girişler tarafından oluşturulur ve boşaltma-ayakın kapasiteye (Cds) Geri bildirim, DA'nın geniş bant genişliğine doğru giden aşama ilişkisi, bu iki satırdaki faz arasındaki ilişkidir.Eğer geçiş çizgisinde hızlanırsa, faza doğru seyahat eden akımlar ve yapıcı bir şekilde bir araya gelir.Geçmişle ilgili sinyalleri geri gönderir ve geri dönüş gecikmesine doğru seyahat eden işaretler, geri dönüş yolundaki enerjilerini absorbe eder.

İleri ve Backward Wave Combining

Bu seyahat eden dalga doğası, DA'ya eşsiz özelliklerini veren şeydir. Kombinasyon genişliği artık tek bir cihazın GBW'si ile sınırlı değildir. Bunun yerine, yapay iletim hatlarının kesilmesi ve kapasitesi değerleri ile belirlenir.

DA'ların doğal olarak iyi bir şekilde uyum sağlamalarının nedeni dedir. Kapı hattına bakmak için gerekli olan giriş tamamen dirençlidir (tipik olarak 50 ohms) tüm geçiş bandı üzerinde, hattın düzgün bir şekilde sona ermesi sağlanır.Bu, geleneksel dar bant yükselteçleri için gerekli olan karmaşık, kayıp LC eşleştirme ağları için gerekli olan ihtiyacı ortadan kaldırır.

Dağıtılmış Amplifier Architectures'ın temel Faydaları

Geniş Band genişliği ve Boyut

Dağılış yükselticinin asıl avantajı, son derece geniş bir frekans aralığında düz bir kazanç sağlama yeteneğidir.Birkaç gigahertz'ın ötesinde bir ortak kaynak yükselticisi elde etmek için mücadele ederken, iyi tasarlanmış DA, son derece kısa pulslarla başa çıkmak için tutarlı bir kazanç sağlayabilir.

Uygulamada, bu tek bir DA MMIC, çoklu dar bant yükseltici zincirlerini değiştirebileceği anlamına gelir, sistem karmaşıklığını, boyutunu azaltır ve maliyet. Örneğin, tek bir GaN dağıtılmış amplifikatörü, elektronik bir savaş alıcı için gerekli olan 2-18 GHz spektrumunu kaplayabilir.

Intrinsic Broadband Impedance Matching

Geniş bir bant üzerinde eşleştirmek RF tasarımında bilinen bir meydan okumadır, Bode-Fano limiti tarafından yönetilir. Konvansiyonel reaktif eşleştirme ağları, bu sorunu doğal olarak çözülür. çünkü giriş, tasarımlı bir özellikle bir bağlantı hattıdır (Z0), tüm işletim grubu boyunca dış dünyaya 50 ohm maçı sunuyor.

Bu geniş bant eşleştirme kapasitesi birden fazla kazanç aşamasının ya da yükselticinin daha büyük bir sisteme entegrasyonunu basitleştirir. Ayrıca, elde edilen yanıtda, frekans aralığı boyunca öngörülebilir performans sağlar.

Mükemmel Signal Linearity

Modern iletişim sistemlerinde (5G, SatCom, DOCSIS), lineerlik kritik bir özelliktir. Hata Vector Magnitude (EVM) 64-QAM ve 256-QAM sinyalleri için gereksinimler katıdır. Dağıtılmış yükselteçler yüksek doğrusallık sunar, çünkü sinyal gücü birden çok, daha küçük cihazlarla dağıtılır.

Bu, garip sipariş verme ürünleri (IM3, IM5) jenerasyonunu azaltır. Sonuç, P1dB sıkıştırma noktasına göre yüksek bir Üçüncü Order Intercept Point (OIP3). Bu, DA'nın lineerliğin katı bir gereklilik olduğu genişleyen zincirlerde son derece etkili hale getirir.

Tasarım Scalability ve modülerlik

Bir tasarım perspektifinden, DA oldukça modülerdir. Bir mühendis 15 dB yerine 20 dB'ye ihtiyaç duyarsa, sadece yapıya başka bir aşama ekleyebilirler, iletim hattı keserek frekansının muhafaza edilmesi sağlanır.Bu ölçeklenebilirlik, MMIC tasarımının yeniden kullanılmasına izin verir.

Ek aşamalar, yükselteçli (Gm top) yükselticinin toplam transkondüktörünü artırır, bu da doğrudan kazanç sağlar (S21). Çünkü yeni cihazın parasitik kapasitesi mevcut iletim hattı yapısına absorbe edilir, bant genişliği büyük ölçüde değişmez.Bu ölçeklenebilirlik, daha büyük cihazlar veya daha fazla aşamalar seçerek, DA daha yüksek P1dB ve Psat'ı bant genişliğinden ödün vermeden sunar.

Üstün ısı Yönetimi

Yüksek güç yükselteçleri önemli bir ısı yaratır. Tek büyük bir transistörde, bu ısı küçük bir alanda yoğunlaşır ve yüksek kanal sıcaklıklarına (Tch) yol açar ve zaman Başarısızlığa (MTTF) göre, dağıtılmış bir yükselteçmiş yükselticide, ısı nesli birden çok uzaysal olarak ayrılmış cihazlara yayılır.

Bu termal yükün dağılımı, üst düzey kavim ısısını azaltır, güvenilirlik geliştirir. Bu, GaN-on-SiC DA'lar için özel bir avantajdır, güç kesintilerinin 10 W /mm'yi yayabileceğidir. ısıyı yayarak, DA aynı çip alanında tek büyük bir cihazdan daha yüksek toplam çıktı gücü idare edebilir, daha sağlam sistem performansına izin verebilir.

Dağıtılmış Amplifiers

Broadband Communications ve Optik Ağlama

5G Yeni Radyo (NR) ve 6G araştırmalarının gelişi, bant genişliği gerekliliklerini daha yüksek itti. 400G veya 800G optik modülatör sürücüsü, n257'de çalışan temel istasyonlar için yüksek doğrusallık ve düşük grup gecikmeleri sağlamak için 70 kHz'yi 70 GHz'e kadar dağıtır.InP ve SiGe BiCMOS amplifikatörleri bu kritik bileşen için en yüksek lisansüstü yükselteçli topolojidedir.

Elektronik Savaş ve Radar Sistemleri

spektrum baskınlığı için tasarlanmış sistemler, son derece geniş bant genişliğini anında kaplayabilecek alıcılar ve vericiler gerektirir. Tek bir elektronik savaş (EW) sistemi 2 GHz'den 40 GHz'ye kadar çalışmanız gerekebilir. Dağıtılmış yükselteçler ve bu sistemlerin ön uçları ve sürücü aşamalarında kullanılır, çünkü bu aralıkta düz kazanç ve düşük ses figür sağlayabilirler.

Fazlı dizi radarında, tutarlı fazı korumak ve frekanstaki amplitüd yanıt, kirişli doğruluk için gereklidir. DA'nın doğal geniş kapsamlı eşleştirme ve faz lineerliği, T/R modülü çekirdeği için tercih edilen bir seçim yapar.

Yüksek Hızlı Test ve Ölçüm Ekipmanı

Laboratuvar sınıfı aletlerinde, dalgaformunu bozmadan gerçek zamanlı oscilloskoplar gibi, ön uç sinyallendirme genellikle dağıtılmış bir yükselteç tarafından yapılır. DA, yüksek frekanslı sinyal içeriği yakalamak için gerekli bant genişliği sağlar. Benzer şekilde, vektör ağ analizörleri (VNAs) ve spektrum analizörleri DA'ye alıcıları genişleyen alıcıları genişleyen doğru ölçümler sağlamak için DA'ye güvenir.

  • [FONT:0)Oscilloskoplar: Keysight ve Tektronix, yüksek uç ürünlerde DA topolojileri kullanır.
  • [FONT:0]Fiber Optik Sensing:) DAs uzun mesafeli sıcaklık ve su algılama için gerekli yüksek dinamik aralığı sağlar (DTS/DAS).
  • [FONT:0)Automotive Radar: [Dönetici: [Dönetici: 0,4][/FONT=0) 77 GHz CMOS DA'lar uzun vadeli bir seyir kontrol sensörleri için kullanılır.

Tasarım Ticareti - Kaldırımlar ve Tahminler

DC Güç Tüketimi ve Verimliliği

Bir dağıtılmış yükseltici için standart önyargı koşulu derin Sınıf A, tüm cihazlar her zaman çalışır.Bu sonuçlar yüksek lineerlikte ancak düşük Güç eklenmiş verimlilik (PAE), genellikle bant destekli taşınabilir cihazlara bağlı olarak% 10'dan fazla mesafeden geçiyor.

Gürültü Performansı

DA topolojinin tarihsel dezavantajlarından biri, daha yüksek gürültü rakamını (NF) tek aşamalı düşük seviyeli bir yükselteç (LNA) gürültüyü birkaç dB içinde özel olarak, kayıp bir LNA'nın NF'sini getirebilirken, daha büyük bir bant genişliğini azaltın.

Grup Gecikme ve Faz Distortion

Rejim ve dijital uygulamalar için, sürekli bir grup gecikmesi (kesinlikle yanıt) en aza indirmek için gereklidir ve asibol müdahale (ISI) Grup gecikme varyasyonu kabul edilebilir bir ortamdır.Eğer kapı ve drenaj hatları faz hızlarında mükemmel bir şekilde eşlenemezse, önemli bir grup gecikme dalgası meydana gelebilir.

Stability and Odd-Mode Oscillations

DA, dağıtılmış geri bildirimle çok yönlü bir devre olduğundan, kapı hattında direnmeye veya düşük frekanslı engellere karşı dirençlidir. DA için uyumluluk analizi tek aşamalı bir yükselteç için daha karmaşıktır. Tasarımcılar, kapı hattında sert bir şekilde baskı yapmak için katı bir simetri kullanmalıdır. Gelişmiş istikrar ölçümleri ve K-faktorları ve K-faktorlar gibi, tüm frekanslarda değerlendirmelidir.

Dağıtılmış Ampiifier Variants

Üniforma vs. Non-Uniform Dağılı Amplifiers

Standart bir üniforma DA'da, her bir hücre aynı. Bu, iyi bant genişliği ve basitlik sağlar, ancak verimlilik ve çıkış gücü alt sürümdür.NDA mimarisinde PAE'yi önemli ölçüde iyileştirir ve DA'nın üzerindeki gücü azaltır.

Cascode vs. Common Source Lig Hücreleri

Hücre topolojinin seçimi performans üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Basit bir ortak kaynak (CS) hücre iyi doğrusallık sağlar ancak Miller etkisinden muzdariptir (Cgd). Bir cascode hücresi (common kaynağı + ortak kapı) daha yüksek bir kazanç sağlar, daha iyi bir ters izolasyon (S12) ve Miller kapasitance azaltır.Bu daha yüksek frekans operasyonu sağlar ve stabilite sağlar.

Tek katlı vs. Diferansiyel Mimariler

İntegra seviyelerinin arttığı gibi, tamamen diferansiyel dağıtılmış yükselteçler popüler hale geldi.Onlar ortak mod gürültüsünün mükemmel reddedilmesini ve hatta sıra harmoniklerin, yüksek hızlı ADC'lerin sürüş ve it-pull modüllators için ideal olan bir işlemdir.

Sonuç: Dağılışının Geleceği

Dağıtımlı yükselteç mimarisi, yüksek frekanslı devre tasarımının en etkili çözümlerinden biri olarak kalır. düz kazanç sağlama yeteneği, mükemmel bir uyum eşleştirmesi ve çok fazla bant genişliğine sahip yüksek bant genişliği limitleri için en etkili çözümlerden biri olur.

Kombine yarı iletkenlerde (GaN, InP) ve silikon tabanlı teknolojiler (CMOS SOI, SiGe BiCMOS) DA'ların işletim frekanslarını terahertz aralığında tutmaya devam ediyor. Üstolojide ticaret-offları içerirken, rakipsiz bant genişliği yetenekleri öngörülebilir bir gelecek için önemini garanti eder.Sistemler daha fazla veri ve daha yüksek spektrum agtitude talep eder, dağıtılmış yükselteçli yükselteçli yükselteçli yükselteçli yükselteçli yükselteçli yükselteçli yükselteçli yükselteçli kablolar RF ve mikrodalga mühendisinin aracı olarak devam edecektir.

[FONT:0) Daha fazla okuma için, seyahat eden dalga alanındaki temel kağıtları referans olarak adlandırın:0)Analog Cihazları) ve modern uygulamaları [FONTDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD) tarafından kullanılabilir.