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En los radares o receptores de radio, los amplificadores sensibles de bajo ruido (lna) inevitablemente se dañan cuando se someten a grandes señales de entrada. ¿Entonces, ¿ cuál es la solución?
Podemos usar el circuito del limitante de protección del receptor (rpl) para proteger los componentes sensibles. El "corazón" del circuito RPL suele estar compuesto por diodos PIN que protegen a los componentes de las grandes señales de entrada sin afectar negativamente el funcionamiento de las pequeñas señales.
El funcionamiento del circuito RPL no requiere señales de control externas. Este tipo de circuito incluye al menos un diodos pin en paralelo a la ruta de la señal, así como uno o más componentes pasivos, como inductores de estrangulamiento de radiofrecuencia y condensadores de aislamiento de DC. El siguiente es un circuito RPL simple (pero posiblemente completo).
Cuando no hay señal de entrada de radiofrecuencia o solo hay una señal de radiofrecuencia pequeña, las características de resistencia de los diodos pin del limitante alcanzarán su valor máximo, generalmente cientos de Ohm o más. Por lo tanto, Los diodos producen un desajuste de resistencia muy pequeño, por lo que pueden traer una baja pérdida de inserción.
Cuando aparece una gran señal de entrada, el voltaje de radiofrecuencia obliga a los transportistas de carga (agujeros en la capa P y electrones en la capa n) a entrar en la capa I del Semiconductor pin. Después de entrar en la capa i, el portador de carga libre reducirá su resistencia de radiofrecuencia. Desde el punto de vista del puerto RF del circuito rpl, esto produce un desajuste de resistencia.
Este desajuste hará que la energía de la señal de entrada se refleje a la fuente de señal correspondiente. La señal reflejada coopera con la señal incidente para producir la onda permanente con el voltaje más bajo en el Semiconductor pin, ya que la señal reflejada presenta temporalmente la resistencia más baja en la línea de transmisión. Cada voltaje mínimo en la línea de transmisión tiene la corriente máxima correspondiente. La corriente máxima que fluye a través de los diodos pin hace que aumente el número de transportistas de carga libre en la capa I de los diodos, lo que resulta en una resistencia de serie más baja, un mayor desajuste de resistencia y un voltaje mínimo "más pequeño". Al final, la resistencia del Semiconductor alcanzará su valor mínimo, que depende del diseño del Semiconductor pin y de la amplitud de la señal de radiofrecuencia. Cuando la amplitud de la señal de radiofrecuencia aumenta, el electrodo se ve obligado a alcanzar un estado completamente conectado, reduciendo así aún más la resistencia del electrodo hasta que el electrodo esté saturado y genere la menor resistencia posible. De esta manera se obtiene la curva de comparación entre la Potencia de salida y la Potencia de entrada, que se muestra a continuación.
Cuando la gran señal de radiofrecuencia ya no aparece, si la cantidad de portadores de carga libre en la capa I es grande, la resistencia del LED se mantendrá baja (en este momento la pérdida de inserción sigue siendo grande). Después de la interrupción de la gran señal de radiofrecuencia, se pueden utilizar dos mecanismos para reducir el número de transportistas de carga libre: (1) la conducción de carga fuera de la capa I (2) La recombinación de carga dentro de la capa I.
El tamaño de la conducción de la carga eléctrica está determinado principalmente por la resistencia de corriente continua en la ruta de corriente externa del semiconductor.
La tasa de recombinación de carga está determinada por muchos factores, entre ellos la densidad de portadores de carga libre en la capa i, la concentración de átomos dopados en la capa I y otros puntos de captura de carga. teniendo en cuenta los parámetros necesarios del semiconductor, cuanto mayor sea la señal de radiofrecuencia que el Semiconductor pin puede procesar de forma segura, mayor será el tiempo necesario para volver a una baja pérdida de inserción.
Por lo tanto, las características de la capa I del Semiconductor pin determinan el rendimiento del circuito rpl. El grosor de la capa I (a veces llamada anchura) determina la Potencia de entrada del Semiconductor cuando alcanza el límite: cuanto más gruesa sea la capa i, mayor será el nivel de compresión de referencia de entrada de 1db (también conocido como nivel umbral). El grosor de la capa i, el área de la Unión de diodos y el material de los diodos determinan la resistencia, la capacidad y la resistencia térmica de los diodos.
Solo se necesita un diodos pin, un inductor de estrangulamiento RF y un par de condensadores de aislamiento DC para lograr el circuito RPL pin más simple. La inducción de estrangulamiento de radiofrecuencia es muy importante para el rendimiento del circuito rpl, y su función principal es completar la ruta de corriente continua del diodos pin. Cuando una gran señal obliga a un portador de carga eléctrica a entrar en la capa I del electrodo, se produce corriente continua en el electrodo. Sin proporcionar un camino completo para la corriente continua, la resistencia del Semiconductor no se puede reducir y el Semiconductor no alcanzará sus límites. La corriente continua fluirá en la dirección de la corriente rectificada, pero esto no es causado por la rectificación.
La instalación de inductores de estrangulamiento en circuitos RPL es una tarea muy desafiante, ya que los inductores son el componente menos necesario de los circuitos rpl. Sobre la base de los valores de inducción y condensadores entre los devanados parasitarios, todos los inductores tienen resonancia en serie y paralela. Por lo tanto, se debe tener mucho cuidado de garantizar que no se produzca resonancia en serie en la banda de trabajo. Además, la resistencia de corriente continua del estrangulamiento debe minimizarse para acortar el tiempo de recuperación del circuito rpl.
Nota: los condensadores de aislamiento DC son opcionales. Los condensadores de aislamiento de corriente continua solo son necesarios si hay un voltaje de corriente continua o una corriente en la línea de transmisión de entrada o salida que puede sesgar los diodos pin.
Ejemplo
Suponiendo que la Potencia máxima de entrada que puede soportar el amplificador de bajo ruido (lna) sea de 15 dbm, el espesor de la capa I del Semiconductor pin en el circuito RPL debe ser de aproximadamente 2 micras. El diseñador puede determinar el capacitor aceptable del Semiconductor pin en función de la frecuencia de la señal RF y los valores máximos aceptables de la pérdida de inserción de la señal pequeña. Si el diseñador asume que el circuito RPL funciona en la banda X y la pérdida máxima de inserción aceptable es de 0,5 db, se puede calcular la capacidad máxima del semiconductor.
La pérdida de inserción (il) de los condensadores paralelos (en decibelios) se puede obtener de acuerdo con la siguiente fórmula:
Podemos resolver el valor C de acuerdo con la siguiente fórmula:
Cuando f = 12ghz, il = 0,5db, Z0 = 50, C = 0185pf.
El valor de la capacidad obtenido junto con el grosor de la capa I determina el área de la Unión de diodos.
Si la capa I es delgada y el área de unión es pequeña, el Semiconductor tendrá una resistencia térmica relativamente alta. Por lo tanto, para consumir más energía, es necesario obligar a la temperatura del nudo a superar su calificación máxima de 175 ° c. En general, un semiconductor de 2 micras con un capacitor de 0185pf puede procesar de manera segura una gran señal de entrada de CW de aproximadamente 30 - 33 dbm. Debido a que la corriente eléctrica produce calor de Julios cuando fluye a través de la resistencia del electrodo, la gran señal puede dañar o quemar inmediatamente el electrodo.
El circuito RPL de diodos pin puede proporcionar una protección confiable para componentes sensibles como LNA en radares o receptores de radio y protegerlos de señales incidente mayores. Cuando las aplicaciones RPL requieren una potencia de salida de fuga en estado estacionario extremadamente baja y una mayor capacidad de procesamiento de potencia de entrada, se pueden agregar niveles adicionales de diodos y otros componentes de mejora de circuito al lado de entrada del circuito rpl.
Si está eligiendo la topología de diodos y circuitos más adecuada para la aplicación rpl, el equipo de ingeniería de aplicaciones macom está dispuesto a ayudarle y asesorarle.
