IC Alttrate - Dioduyla tasarlama: hassas komponentleri koru

Radar veya radyo alıcılarında, büyük giriş sinyallerine göre hasar edildiğinde duygusal düşük sesli amplifikatörler (LNA) hasar edilecek. Peki çözüm nedir?

Sağlıklı komponentleri korumak için alıcı koruma cihazı sınırlayıcısı (RPL) devrelerini kullanabiliriz. RPL devresinin "kalbini" genellikle PIN diodlarından oluşturur. Bu komponentleri küçük sinyal operasyonuna zarar vermeden büyük giriş sinyallerinden koruyabilir.

RPL devresinin operasyonu dış kontrol sinyallerine ihtiyacı yok. Bu tür devre, sinyal yolunu paralel olarak bağlanmış en azından bir PIN diodu ve RF boğulma indukatörleri ve DC izolasyonu kapasitörleri gibi pasif bir ya da daha fazla komponenti içeriyor. Bunlar basit (ama muhtemelen tamamlanmış) RPL devrelerindir.

RF girdi sinyali yokken ya da sadece küçük bir RF sinyali yokken, sınırlıcı PIN diodunun impedance karakteristiğinin maksimum değerine ulaşacak, genelde birkaç yüz ohm veya daha fazla. Bu yüzden, diod çok küçük bir impedans eşleşmesini üretir. Bu yüzden düşük giriş kaybını azaltır.

Büyük bir girdi sinyali göründüğünde, RF voltaj kuvvetleri PIN diodunun I katına (P katmanındaki delikler ve N katmanındaki elektronlar) yükleyici yükleyiciler. I katına girdikten sonra, özgür yük taşıyıcıları RF direksiyonunu azaltır. RPL devreğinin RF limanının perspektivinden bu, bir impedance uygulaması yaratır.

Bu eşleşme, girdi sinyalinden enerjiyi uyumlu sinyal kaynağına gösterecek. Görünürlü sinyal, PIN diodundaki en küçük voltaj ile duran dalga oluşturmak için olay sinyali ile işbirliği yapar, çünkü bu sinyal geçici olarak görünülen sinyal transmis çizgisinde en a şağı impedans gösteriyor. Transfer çizgisindeki her minimal voltaj maksimum bir akışı vardır. PIN diodunun üzerinden gelen maksimum akışı, diode I katmanındaki özgür yük taşıyıcıların miktarını arttırıyor. Bu yüzden düşük seri dirençliği, daha büyük impedans uygulanması ve "daha küçük" minimum voltaj sonucu veriyor. Sonunda, diodun dirençliği en az değerine ulaşacak. Bu değer PIN diodunun tasarımına ve RF sinyalinin genişliğine bağlı. RF sinyalinin genişliği arttığı zaman, diod tamamen yönetici bir duruma ulaşmaya zorlanır, bu yüzden diod saturmaya kadar dioda direniyetini daha da azaltır ve en küçük mümkün direniyet üretir. Çıkış gücünün ve giriş gücünün karşılaştırma eğri bu şekilde, aşağıdaki gibi görünüyor.

Büyük RF sinyali artık ortaya çıkmadığında, eğer I katmandaki özgür yük taşıyıcıların miktarı büyük ise, diodun direniyeti düşük seviyede kalacak (giriş kaybı hâlâ büyük). Büyük bir RF sinyali kesildikten sonra, özgür yük taşıyıcılarının miktarını azaltmak için iki mekanizma kullanılabilir: (1) I katının dışında yük sürücü (2) I katının içinde yeniden konbinasyon yükü.

Yükleme yönetiminin büyüklüğü, dioda dışındaki şu anki yolda DC dirençliği tarafından belirlenmiştir.

Özgür yük taşıyıcıların yoğunluğunu, I katındaki dope atomların konsantrasyonu, diğer yük tuzağı noktalarını ve bunlar üzerinde birçok faktörler tarafından belirlenmiştir. Diodun gerekli parametrelerini düşünürsek, PIN diodunun güvenli bir şekilde idare edebileceği RF sinyali daha büyüklüğüne göre, daha uzun bir yerleştirme kaybına ulaşmak zorunda kalır.

Bu yüzden, PIN diodunun I katmanının özellikleri RPL devreğinin performansını belirliyor. I katının kalınlığı (bazen genişlik denilen) diode sınırına ulaştığında giriş gücünü belirliyor: I katının kalınlığı, giriş referansının 1dB sıkıştırma seviyesi (eşiği seviyesi de deniyor). I katının kalınlığı, diod bağlantısının bölgesi ve diodun materyali diodun direnişini, kapasitesi ve termal direnişini belirliyor.

Sadece bir PIN diodu, RF boğuk indukatörü ve DC izolasyon kapasitörü en basit PIN RPL devrelerini anlamak için gerekli. RF boğuk indukatörü RPL devreğinin performansı için çok önemlidir. Ana fonksiyonu, PIN diodunun DC şu anki yolunu tamamlamak. Büyük sinyal gücü, diodun I katmanına götürücüleri yükleyince, dioda'da direk bir akışı oluşturur. Eğer DC a ğızı için tamam bir yol sunulmazsa, diodun dirençliğini azaltılamaz ve diodun sınırına ulaşmaz. Doğru akışın düzeltilmiş akışın yönünde akışacak, fakat bu doğrulama nedeniyle neden olmayacak.

RPL devrelerinde boğuk induktorlarını kurmak çok zor bir görev, çünkü induktorlar RPL devrelerindeki en istekli komponentler. Parazitik rüzgarlar arasındaki induktans değerine ve kapasitesine dayanarak, tüm induktanların seri ve paralel rezonanslar vardır. Bu yüzden, operasyon frekans grubunda seri rezonans olmamasını sağlamak için büyük dikkat edilmeli. Ayrıca, boğulmanın DC direnişi RPL devrelerinin iyileştirme zamanını kısa etmek için küçük olmalı.

Not: DC izolasyon kapasitörü seçeneksel. Sadece girdi ya da çıkış yayınlama çizgisinde PIN diodunu bias edebilecek DC voltaj ya da akışı varsa, DC izolasyon kapasitörü gerekli.

Anlık

Aşağıdaki sesli amplifikatör (LNA) tarafından durabileceği maksimum girdi gücünün 15 dBm olduğunu tahmin ediyoruz. RPL devrelerindeki PIN diodunun I katı kalıntısı yaklaşık 2 mikron olması gerekiyor. Tasarımcı, RF sinyal frekansına dayanan PIN diodun kabul edilebilir kapasitesini ve küçük sinyal giriş kaybının kabul edilebilir maksimum değerini belirleyebilir. Tasarımcı, RPL devrelerin X-grubunda çalıştığını ve kabul edilebilir maksimum giriş kaybının 0,5dB olduğunu tahmin ederse, diodun maksimum kapasitesi hesaplanabilir.

Şanta kapasitörünün giriş kaybı (IL) (decibellerde) bu formüle göre alınabilir:

C değerini formüle göre çözebiliriz:

f = 12GHz, IL = 0,5dB ve Z0 = 50Ω, C = 0,185pF.

I katının kalınlığıyla birlikte alınan kapasitet değeri, diod birliğinin bölgesini belirliyor.

Eğer I-katı daha ince olursa ve birleşme alanı küçük olursa, dioda relatively yüksek sıcak dirençliği olacak. Sonuç olarak birleşme sıcaklığı, daha fazla enerji dağıtmak için 175ÂC'nin maksimum derecelerini a ştırmak zorunda kalır. Genellikle konuşurken, 0,185pF kapasitesi olan 2 mikro diode 30-33dBm büyük bir CW girdi sinyali güvenli bir şekilde idare edebilir. Joule sıcaklığı diod direksiyonundan akıştığında oluşturulduğundan beri büyük bir sinyal diodu hemen hasar veya yakabilir.

PIN diod RPL devreleri radar veya radyo alıcısındaki LNA gibi hassas komponentler için güvenilir bir koruma sağlayabilir ve daha büyük olay sinyallerinin etkisinden koruyabilir. RPL uygulamalarının son derece düşük durumda sızdırma çıkış gücü ve daha yüksek girdi gücü yönetme kapasiteleri gerektiğinde, RPL devreğin girdi tarafına eklenebilirler.

Eğer RPL uygulamaları için en uygun diode ve devre topoloji seçiyorsanız, MACOM uygulama mühendislik ekibi her zaman size yardım ve tavsiye vermek için burada.