Parametreleri: Modern RF Güç Amplifier Design

4G LTE'den 5G Yeni Radyo'ya hızlı evrim, RF ön uçta olağanüstü talepler yerleştirdi. Her temel istasyon ve mobil cihaz kalbinde, RF güç amplifikatörü (PA) kapsamı, veri oranını ve batarya hayatını belirlemektedir. Gürültülü spektrum ve karmaşık modülasyon programları için verimli bir şekilde tasarlayın.

S Parametreleri Nedir ve RF'de Temel Nedenler

S parametreler olay açısından lineer bir elektrik ağının davranışını tanımlar ve belirli bir özellik ve akımlar yerine seyahat dalgaları yansıttır. Mikrodalga ve milimetre dalga frekanslarında, geleneksel açık ve kısa sirkül ölçümler, parasitik reaksiyon ve son sınırlamalar nedeniyle pratik hale gelir. S parametreler belirli bir özellikte tanımlanır, genellikle 50 ULL, ve doğrudan bir vektör ağı analizörü ile ölçülebilir (VNA) hassas kobrasyon kitleri kullanarak.

İki kanal cihazı için bir S parametre matrisi dört karmaşık miktardan oluşur: S11, S21, S12 ve S22. Her biri, bir yansımaya veya bu dalgaya doğru bir dalga oranına sahip olmak, hem büyüklükte hem de faz bilgileri, PA gelişimine rehberlik eden eşleştirme ağları tasarlamak için kritiktir.

Daha derin bir teknik açıklama için David M. Pozar'ın ders kitabı:0)Mikro dalga Mühendisliği) S parametre teorisi ve ağ analizinin kapsamlı kapsamını sağlar.

Anahtar S Parametreleri ve onların PA Design'daki Rolü

RF güç yükselteç mühendisliğinde, S parametreleri birkaç temel işlevine hizmet eder. Birincisi, tasarımcının aktif cihazın doğal istikrarını değerlendirmesine izin verir.To hesaplar the Rollett Stabil faktörü (K) ve yardımcı stabilite önlemleri (B1, μ) iki-port S parametresi ile, mühendisler frekans aralıklarını belirleyebilirler.

İkincisi, S parametreleri mevcut kazanç ve eşleşen gereksinimleri tanımlar. S21 doğrudan bu yansımaların getirdiği gibi, sistemdeki her iki liman da sona erdiğinde, S11 ve S22, transist giriş ve çıkışların 50 hong'dan ne kadar uzak olduğunu ortaya koyar. Basit konjugate eşleştirme, bu yansımalar tarafından yönlendirilebilir, küçük imzalı kazanılabilir ama en iyi güç veya verimlilik elde edemeyebilir - bu büyük imzalı öngörüler ve S22, en uygun şekilde çekilen mesafenin ne kadar önemli olduğunu ortaya koyar.

Üçüncü olarak, ters izolasyon (S12), girişte ne kadar çıktı sinyali sızıntıları geri alır. multi aşamalı PAs veya bütünleşik vericiler, fakir izolasyon, modlu sinyal veya yük farkı altında dengesizliğe yol açan geri dönebilir. Modern GaN ve LDMOS transistörleri genellikle hücresel frekanslarda çok düşük S12'yi gösterir, ancak dikkatli dikkat yüksek giriş zincirlerinde gerekli kalır.

Detaylı Bak Four Key S Parametrelerine Bak

  • [[DÜŞÜNÜ:0)S11 - Giriş Yansıtıcı: [DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNCÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNCÜŞÜNÜŞÜNCÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ
  • [FONT:0)S21 – Forward Transmission Coive: Bu, port 1'den port 2'ye kadar port 2. olarak port 2'ye kadar portatif kazanç sağlarken, 4G ve 5G düz özellikleriyle S21'de quiescent önyargı noktası, cihazın yeteneklerini oluşturur. Wideband S21 izlerinin ortaya çıktığını gösteriyor.
  • S12 - Ters Transmission Coive: Düşük |S12| (< -20 dB) istenmeyen geri bildirim olasılığını azaltır. PA'larda zarf takip veya dijital önleme, S12 verileri, devre dışı olmayan doğru davranışsal modeller inşa eder.
  • [FONT=0]S22 - Çıkış Yansıtıcı: [DÜDÜDÜSÜŞÜNCÜŞÜNCÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNCÜŞÜNÜŞÜNCÜŞÜNÜŞÜNCÜŞÜNCÜŞÜNÜŞÜNCÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞ

Ölçme Teknikleri ve Kalibrasyon Temelleri

Doğru S parametre verileri başarılı PA optimizasyonunun yatak ayağıdır. Modern vektör ağı analizci, GaAs veya GaN HEMTs'in karakterizasyonu için, on-wafer kalibrasyon substratları, referans uçağının son ipuçlarına, kablo ve prob etkilerini ölçebilir.In- bazlı testlerde, demiryollarında parasal katkı sağlayan teknikler için.

Küçük imzalı S parametreleri sabit bir DC önyargıda ölçülse de, PA tasarımcıları normal olarak farklı V) ve V) gibi, bir Sınıf-AB amplifikatörünün S21 ve S12 geçişi, Angelov veya EEHE gibi doğrusal olmayan modeller için daha yakın olduğu gibi hizmet eder.

Dış kaynaklar, kalibrasyon yöntemlerine daha derin bir anlayış sağlar. Keysight Technologies, VNA işletim ve hata düzeltmesi hakkında bir uygulama notu sunar.

S Parametreleri ve Yük-Pull ile Güç Ampiliteleri

Küçük imzalı S parametreleri tek başına büyük imzalı performansı doygun çıktı gücü gibi tahmin edemez (P)sat) veya güç bazlı verimliliği (PAE), teslim edilen güç, kazan ve verimlilik için başlangıç noktasıdır: bir Smith grafiğinde verilen yük-pull ve kaynak-pull olarak, pasif veya aktif bir melodiler, teslim edilen güç miktarına bir dizi sunar.

S parametreler iki şekilde yük-pull ölçümlerine entegre edilir. Birincisi, melodik dürtüler kendi S parametreleri ile karakterize edilir, DUT. Second, PA'nun giriş ve çıkış noktasının doğrulanması için genellikle genişletilir ve ikinci ve harmonikler bağımsız olarak kontrol edilir, sınıf sınıf sınıf veya L-F B limitleri daha ilerici tarafından kontrol edilir.

Kaynak-pull, girişte aynı prensibi takip eder, en iyi kaynağın gürültü rakamını en üst düzeye çıkarmak veya en aza indirmek için bir dB'yi tanımlar.4G ve 5G uygulamalarında, sinyallerin yüksek üst düzey kat-ortalama güç oranları (PAPR), tasarımcı genellikle para kazanmak için birkaç onuncu feda eder.

4G ve 5G Bands'te Amplifier Stability in 4G and 5G Bands

S parametrelerinde bulunan Stability analizi basit Rollett faktörlerinin ötesine geçer. μ ve ⁇ faktörleri, çeşitli güç seviyelerinde yeniden hesaplanan veya planlanan bir PA'nun baskı altında çalıştığı geniş bant stabilitesi analizi kullanarak, etkili S parametrelerini değiştirir, potansiyel olarak düşük frekanslı veya dış-grup osilleri oluşturur.S parametreleri ile stabiliteyi çeşitli güç seviyelerinde yeniden hesaplayarak veya çeşitli güç seviyelerinde yeniden hesaplanan bir stabilizasyon analizini kullanarak, frekanslarda görünen geniş bir stabilizasyon analizini kullanarak.

Doherty yükselteçleri 4G/5G temel istasyonlarında yaygın olarak kullanılan, istikrar, yükleme modulation etkisi nedeniyle daha kritik hale gelir. Ana ve üst düzey transistörlerin güç seviyesi ile değişen farklı S22 özelliği vardır.

Stabilite analizinde pratik bir kaynak, [[0)Analog Cihazları “RF Amplifier Stability Analysis Using S-Parameters” ()

Linearizasyon ve DPD Entegrasyonu S Parametreleri Kullanıyor

Modern 4G ve 5G sistemleri, Euro-parametreleri veya diğer büyük imzalı ağ analizi ölçümlerini karşılamak için ağırlığa güveniyor (EVM) gereksinimlerine sahip oluyor. DPD motoru, PA'nun frekansına uygun bir davranış modeli gerektiriyor. Grup gecikme varyasyonu ile birlikte, DPD'nin düzeltmesini kısıtlarken, bu tür hataların optimizasyonunu tek başına optimize edebilir.

Dahası, yansıma katsayıları S11 ve S22, PA'nın çevre devrelerinin nasıl etkileşime girdiğini etkiler. A DPD sistemi, bir giriş ve çıkış ile PA'yı ölçtü.Eğer S22, en sonunda 20 dB veya daha fazlası için ACLR geliştirmelerine yardımcı olur.

DPD ve PA lineerizasyonuna pratik bir kılavuz için, Analog cihazlar'İLFLT:0) “ RF Power Amplifiers için Dijital Predistortion”) makale, modern transceivers referans ile temelleri açıklar.

Pratik Tasarım İş Akışı S Parametreleri Kullanıyor: A 5G n78 Örnek

Bir 5G n78 grubu için tipik bir PA tasarımı akışı (3.3-3.8 GHz) bir GaN HEMT kullanarak aşağıdaki gibi devam edebilir:

  • [FONT=0)Device Karakterizasyon:[DQ[FLT: 4)[DQ[FLT: 5) = 50 mA) kazanç ve verimlilik arasında iyi bir ticaret yapılmasını sağlar.
  • [FONT:0)Stability Check:[Dönetici:[Dönetici: 0) Plot μ ve ⁇ ölçülen S parametrelerden kontrol edilir. 10 GHz'nin altındaki herhangi bir frekans dengesiz gösterirse kapı direnişi ekleyin.
  • [FONT=0]Load-Pull Simülasyonu: Üreticinin büyük imzalı modelini hedef frekansı ve güç seviyesinde gerçekleştirmek için kullanır.[Dönetici için en iyi yük engeli)[Dönetici[Dönetici:2L,opt) genellikle 50 ULLT * 50 ULLY[D][/D][/FONT][/FONT][/FONT=D)
  • [[Düzücü Ağ Tasarımı: [Dönetici: 0,2] Eşçinin S parametre dosyasını ve bir kayıp substrat modeli, sentezleme giriş ve dağıtım ağlarını Anahtarsal ADS veya Cadence AWR gibi bir CAD aracında optimize edin.
  • [FONT:0) Tam-Wave EM Verification:[Dönetici: 1) Bir elektromanyetik simülatörün tüm pasif yapısı için S parametrelerini ve transistör modeliyle birlikte uyumlu hale getirin. İlk prototipdeki S parametreleri simülasyonla yakından ölçene kadar optimize edin.
  • [FONT=0)Bench Optimizasyonu:[Dönetici:[Dönetici:0) ] Bir VNA'yı küçük imzalı koşullar altında kazanmak ve S parametreleri ölçmek için bir güç sayacı ile kullanın.

Bu iteratif döngü, her aşamada S parametre verilerinde zemine girdi, yönetim kurulu spin sayısını azaltır ve ilk geçiş başarısını sağlar.

Wideband 5G Carriers için Pratik Yönler

5G taşıyıcıları 100 MHz geniş veya daha fazla olabilir, çift şeritli filtreler veya adımlı transformatörler gibi, yanlı ağ S parametrelerinin tamamı için hesaplanmalıdır; merkez frekansında ölçülen çeyrek dalga uçları, tam yanlı ağların verimliliğini sağlayan grup kenarlarında bir rezonans tanıtabilir.

5G mmWave ve Fazd Dizileri Çağında Parametreler

34 GHz'in üzerindeki milimetre dalga frekanslarında, ek hususlar ortaya çıkıyor. Emekli hat kayıpları, parasitik darbe ve paket etkileri hala birincil para birimidir. S parametreleri hala birincil para birimidir, ancak referans uçak kalibrasyonu, anten arayüze genişlemeli ve çok yönlü enerji ölçümlerini tahmin etmek için genişletilmelidir (EIRP) ve kirişli VNA'lar.

5G'deki aşırı hava (OTA) testleri, S parametrelerinin bireysel bileşenlerin daha az erişilebilir olduğu yeni bir ölçüm paradigmasını ortaya koyar, çip seviyesindeki ölçümler yapılır, diferansiyel veya karışık-mode S parametreleri olarak, bu etkileşimi karşılıklı darbe ile sağlar.Prislerin tasarımı, her türlü açılardan etkin bir şekilde devam eden ve verimli olmasını sağlar.

Son bir IEEE kağıt, [[0)"Eski Hava Segment Dizisi'nin S-Parametre Teknikleri Kullanımı" [Dönetici parametrelerinin konseptinin nasıl yayıldığını gösterir.

Ortak Pitfalls ve Them'dan Nasıl Kaçırmak

Sadece S parametreleri üzerinde durulan hataları tasarlayabilmeleri için hatalara yol açabilir. İlk olarak S parametreler temel olarak lineerdir; güç sıkıştırmasını veya intermodülasyonu her zaman uyumsuzlaştırma ile ilgili küçük imzalı simülasyon analizi, büyük imzalı bir modeli içeren, ikinci, PCB dielektrik sabit ve bileşen toleranslarını ölçemezler.S11 ve S22, bazen bir sınır değiştiricisi veya geçici bir yükselticiye doğrultücü kullanarak. Monte Carlo S duyarlılık analizi.

Son olarak, S parametrelerini çıkardığında önyargı ağlarını ihmal etmeyin. DC besleme genellikle son üründe göründüğü gibi RF yoluna bağlanır.

PA Design'ın Geleceği: S Parametrelerden X-Parametrelere

S parametreleri doğrusal karakterizasyon için vazgeçilmez olsa da, davranışsal modelleme manzara X-parametrelere doğru değişiyor, bu da kavramı doğrusal olmayan, büyük imzalı işlem için inşa ediyor. X-parametreler uyumlu sürüş sırasında harmonik nesil ve intermodülasyonu yakalamak için, herhangi bir RF güç yükselticisi olmadan paylaşılabilecek ilk adım olmaya devam edecek.

X-parametrelerine ve S parametreleri ile olan ilişkisine bir giriş için, Keysight'sETHFLT:0) “X-Parameter Teknik Genel Bakış”) açık bir açıklama sağlar.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

S parametreler, 4G ve 5G ağlarında verilen yüksek veri oranları ve düşük gecikmeli sistemlerde, PA tasarımcıları S11, S21, S12 ve S22 verileri her aşamada tasarlanmaktadır: istikrar sağlamak, elde etmek, eşleştirme ağları oluşturmak ve lineerizasyon algoritmalarına devam etmek.