还容易出现自激振荡
栏目:LED电源控制器 发布时间:2019-04-01 11:10

  随着微波通信技术的发展,人们对通信系统的要求越来越高,比如小型化、可靠性等,微波单片集成(MMIC)凭借小型紧凑、稳定性好、抗干扰能力强、批量生产成本低和产品性能一致性好等特点成为军事电子对抗及民用通信系统最具吸引力的选择。赝配高电子迁移率(PHEMT)具有增益、噪声、功率方面更加良好的特性,成为微波与毫米波单片集成电路和超高速数字集成电路领域最具竞争力的有源器件之一,当前,PHEMT MMIC研究已经成为MMIC研究的一大热点。本文的便是采用PHEMT工艺技术,设计要求工作频段在3~4 GHz左右,其工作带宽要求大于500 MHz,要求信号线性特性好,频带内增益平坦度平滑,电路工作性能稳定。其功率增益的要求为30 dB左右。

  设计采用TRANSCOM公司的PHEMT MMIC功放单片TC3331,TC3331是两级的MMIC功率放大器。工作频段为3.3~3.8 GHz(-3 dB带宽),可以实现带宽500 MHz,P-1dB输出功率为30 dBm,G1dB功率增益为30 dB,工作电压一般为7 V,电流为700 mA。输入驻波比VWSR最大值为2:1。具有低成本、高性能的优点。该功放管电源偏置采用的是正负电压的偏置方式。在栅极和漏极的传输线上分别提供负压和正压偏置,这样的偏置方式适合手高功率、高效率放大器的设计,而且引入的源极反馈最小,对管芯的参数变化不会明显,放大器容易稳定。

  在进行功率放大器设计时,一定要让电路在正确的直流偏置状态下运行。为了保护场效应功率管,一般都要求先给器件的栅极提供直流偏置,再给漏极提供直流偏置。基于MMIC器件的功率放大器设计中,直流偏置电路不仅要隔离射频信号,而且能提供放大器正常工作时的时序偏置电压和电流。为了保证芯片的安全正常工作,使直流供电电路具有时序的开关响应,选用MAXIM公司的负压器件MAX881R,一方面提供功放芯片所需的负电压,另一方面在负压稳定后产生控制电平的POK,实现供电电路的时序特性。同时选用International Rectifier公司的高速开关器件IRF9540N,完成对功放单片的供电控制。MAX881R的模型和主要控制时序图如图1和图2所示。

  由图2可以看出,当芯片MAX881R开始工作时,7脚OUT输出负电压-2 V,通过分压电路设置转换为合适的负压然后送给功率放大器芯片TC3331的栅极,以满足VGS的需要。当VGS的电压到达输出要求的92.5%时,4脚POK由高电平变为低电平使得IRF9540N开关管导通工作(图3),输出高电平,然后通过IRF9540N的源极给功率放大器芯片管的漏极VDS供电,从而实现对功放管时序供电和控制。

  为了满足一定的电磁兼容(EMC)特性,尽量减少功放电路的微波辐射信号对整个电路的影响,设计了功放屏蔽盒来满足这些条件。在设计时把微带电路(包括有源和无源器件)放入盒体内,工作在其频率以下将会减小微波元件由于辐射信号造成的影响。

  式中:λH是工作频段高端频率的波长,如果不满足式(2),在盒体内就可能产生波导型传播。在电路中微带线的开路端、跳变、分支结构等不均匀处都会产生微波辐射,电磁场将以波导模式在盒内空间传播影响到放大器的性能。当反向传播的电磁波构成正反馈时,会导致频带内增益平坦度变坏,在某些频率点上出现尖锋。反馈过强时,还容易出现自激振荡。同时,屏蔽盒相当于一个密闭的谐振腔,具有谐振效应,当电路工作频率接近其谐振频率时,部分能量被吸收,因而产生衰减的尖峰。设计时往往需修改屏蔽盒体尺寸,以避免谐振频率落于微带电路的工作频带内。

  结合上述理论基础和相关设计,在ADS中经过性能仿真和优化设计,在Protel中构建整个电路系统的原理图如图4所示。

  整体电路原理图中上面部分是可调解直流电源,位于功放屏蔽盒的外的硬件电路板,为功放电路提供正确的电压供给,通过LM317可变电压的缓慢调解,可以适当的改变功放电路的增益大小,增益动态范围约6 dB。电路中间部分为功放电路的直流偏置电路,直流电源提供正确的电压值给MAX881R。芯片MAX881R的7脚OUT一般输出为-2 V,但是该输出值是可以通过6脚FB外接电路调节的,通过电阻R6和R7与6脚FB接合在一起进行电路分压,此时OUT输出的值为-1 V,以满足TC3331直流偏置Vg=-1 V的供电要求。调节的计算公式如下:

  因为TC3331要求Vg=-1 V,所以通过式(3)可计算得R4=R5=100 kΩ。IRF9540N由4脚POK驱动控制,当无电源供给时(VCC=0 V),MAX881R芯片4脚处于高电平,控制IRF9540N工作于截止状态,源极无电压输出;当有正确电源(VCC≠0)供给时,经过一段时间MAX881R达到稳定后,4脚输出变为低电平,此时控制IRF9500N导通正常工作,提供给功放管TC3331正常的漏极电压Vd。对实际放大器电路进行测试,测试输入信号源采用中心频率为3.40 GHz振荡器和100 MHz的UWB信号,测试的结果如图5,图6所示。

  图5是对振荡信号放大的前后对照测试图,可以看到信号的功率从-1.78 dBm增加到22.18 dBm,增益约24 dB,由于功放的接入对振荡器输出匹配特性和输出S参数特性有一定的影响,再加上突发脉冲、噪声的干扰等因素,使得功放放大后的振荡信号的中心频率发生了少许的偏差,偏低了约20 MHz(误差允许范围内),整体性能良好,相位噪声较低,频率稳定性较高。图6是对UWB信号测试的结果对照图,信号的功率从-5.11 dBm增加到22.45 dBm,增益约27.5 dB,小信号增益已经接近功放管的理想放大增益值30 dB。可以看出图6(b)中UWB信号的频谱比图6(a)放大后UWB信号的频谱有更平滑的信号频谱特性,说明UWB信号的波形失真小,该放大器的线性度高,可以满足系统的设计要求。

  对PHEMT MMIC功率放大器进行了全面的优化设计和实现,并通过功放硬件电路实测,测试结果证明了设计方案的可行性,功放电路的增益与理论基本一致,满足系统的性能要求。功放盒体设计除考虑结构和散热设计要求外,还考虑到了电路腔体内部电磁兼容特性的影响,确保了整个功放的稳定性和可靠性;方案采用了模块化的设计思路,设计好的直流电压源、偏置电路、直流供电模块、功率放大结构均具有较好的通用性。

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  LM45系列是精密集成电路温度传感器,其输出电压与摄氏(摄氏)温度成线不需要任何外部校准或微调,即可在室温下提供2C的精度,在整个-20至+ 100C的温度范围内提供3C的精度。通过晶圆级的修整和校准确保低成本。 LM45的低输出阻抗,线性输出和精确的固有校准使得与读出或控制电路的接口特别容易。它可以与单个电源一起使用,也可以与正负电源一起使用。由于它的电源消耗仅为120A,因此自然发热非常低,静止空气中的自热温度低于0.2C。 LM45的额定工作温度范围为-20至+ 100C。 特性 直接以摄氏度(摄氏度)校准 线 mV /C比例因子

  3C精度保证 额定为-20至+ 100C范围 适用于远程应用 由于晶圆造成的低成本-Llevel Trimming 工作电压范围为4.0V至10V 电流消耗小于120 低自热,静止空气中为0.20C 非线C最大温度 低阻抗输出,20 mA...

  LM62是一款精密集成电路温度传感器,可在+ 3.0V单电压下工作,检测0C至+ 90C温度范围供应。 LM62的输出电压与摄氏(摄氏)温度(+15.6 mV /C)成线 mV的直流偏移。偏移允许读取温度低至0C而无需负电源。在0C至+ 90C的温度范围内,LM62的标称输出电压范围为+480 mV至+1884 mV。 LM62经过校准,可在室温和+ 2.5C /-2.0C范围内提供2.0C的精度,温度范围为0C至+ 90C。 LM62的线 mV偏移和工厂校准简化了在需要读取温度低至0C的单电源环境中所需的外部电路。由于LM62的静态电流小于130A,因此在静止空气中自热仅限于0.2C。 LM62的关断功能是固有的,因为其固有的低功耗允许它直接从许多逻辑门的输出供电。 特性 校准线 mV /C 额定0C至+ 90C适用于远程应用的3.0V电压范围 关键规格 25C2.0或3.0时的精度C(最大) ...

  LM135系列是精密,易于校准的集成电路温度传感器。作为双端齐纳二极管,LM135的击穿电压与10 mV /K时的绝对温度成正比。该器件的动态阻抗小于1,工作电流范围为400A至5 mA,性能几乎没有变化。在25C下校准时,LM135在100C温度范围内的误差通常小于1C。与其他传感器不同,LM135具有线的应用包括几乎任何类型的温度检测,温度范围为-55C至150C。低阻抗和线性输出使得与读出或控制电路的接口特别容易。 LM135工作温度范围为-55C至150C,而LM235工作温度范围为?? 40 C至125C的温度范围。 LM335的工作温度范围为-40C至100C。 LMx35器件采用密封TO晶体管封装,而LM335也采用塑料封装 特性 直接校准至开尔文温度 1C初始准确度 工作电流范围为400A至5 mA 小于1动态阻抗 轻松校准 宽工作温度范围 200 C超范围 低成本 ...

  LOG112和LOG2112是多功能集成电路,可计算输入电流相对于参考电流的对数或对数比。 LOG112和LOG2112的V LOGOUT 被调整为每十倍输入电流0.5V,确保在宽动态范围的输入信号上具有高精度。 LOG112和LOG2112具有2.5V基准电压源,可用于使用外部电阻产生精密电流基准。 低直流偏移电压和温度漂移可在指定温度范围内精确测量低电平信号。 C至+ 75C。 特性 易于使用的完整功能 输出缩放放大器 片上2.5V电压参考 高精度:0.2%FSO超过5个十年 宽输入动态范围: 7.5十年,100pA至3.5mA 低电流电流:1.75mA 宽电源范围:4.5V至18V 封装:SO-14(窄)和SO-16 应用 日志,日志比率: 通信,分析,医疗,工业,测试,一般仪器 光电信号压缩放大器 模拟信号压缩模拟前后的模拟信号压缩-DIGITAL(A /D)转换器 吸光度测量 ...

  AMC7834器件是一款针对功率放大器(PA)偏置的高度集成,低功耗,模拟监视和控制解决方案,能够对温度,电流和电压进行监控。 该器件集成了一个多通道12位模数转换器(ADC);八个12位数模转换器(DAC);四个高侧电流感测放大器,可以选择设置它们作为四个独立闭环漏极电流控制器的一部分;一个精确的片上温度传感器和两个远程温度二极管驱动器;四个可配置的通用I /O端口(GPIO);以及一个精确的内部基准。其高集成度极大地减少了组件数量,并且简化了PA偏置系统设计。 该器件具有功能集成和宽工作温度范围等诸多优势,因此适合用作多通道射频(RF)通信系统中PA的一体化,低成本偏置控制电路。凭借灵活的DAC输出范围和宽共模电压电流传感器,此器件可用作针对多种晶体管技术(例如LDMOS,GaA和GaN)的偏置解决方案.AMC7834功能集对通用监视器和控制系统而言同样有益。 德州仪器(TI)提供了一个完备的模拟监视和控制(AMC)产品系列,以满足各类应用不同的通道数,附加特性或者转换器解决方案需求。更多信息,敬访访问。 特性 8个具有可编程范围的单调性12位数模转换器(DAC) 4个双极DAC...

  DRV593和DRV594是高效率,高电流功率放大器,非常适合驱动2.8 V至5.5供电系统中的各种热电冷却器元件V.器件的操作仅需要一个电感器和电容器用于输出滤波器,从而节省了大量的印刷电路板面积。脉冲宽度调制(PWM)操作和低输出级导通电阻可显着降低放大器的功耗。 DRV593和DRV594在内部受到热和电流过载保护。当结温达到大约128°C时,逻辑电平故障指示信号发出信号,以便在放大器内部热关断电路激活之前进行系统级关断。当发生过电流事件时,故障指示器也会发出信号。如果过流电路跳闸,器件会自动复位(更多详细信息,请参见应用信息部分)。 根据系统要求,PWM开关频率可设置为500 kHz或100 kHz。为消除外部元件,DRV593的增益固定为2.3 V /V.对于DRV594,增益固定为14.5 V /V. 特性 与DRV591相比,操作将输出滤波器尺寸和成本降低50% ±3-A最大输出电流 低电源电压工作:2.8 V至5.5 V 高效率产生更少热量 过流和热保护 故障指示灯过流,热和欠压条件 两个可选择的开关频率 内部或外部时钟同步 针对EMI优化的PWM方案

  9×9 mm PowerPAD™Quad Flatpack封装 应用 热电冷却器(TEC)驱动器 激...

  DRV593和DRV594是高效率,高电流功率放大器,非常适合驱动2.8 V至5.5供电系统中的各种热电冷却器元件V.器件的操作仅需要一个电感器和电容器用于输出滤波器,从而节省了大量的印刷电路板面积。脉冲宽度调制(PWM)操作和低输出级导通电阻可显着降低放大器的功耗。 DRV593和DRV594在内部受到热和电流过载保护。当结温达到大约128°C时,逻辑电平故障指示信号发出信号,以便在放大器内部热关断电路激活之前进行系统级关断。当发生过电流事件时,故障指示器也会发出信号。如果过流电路跳闸,器件会自动复位(更多详细信息,请参见应用信息部分)。 根据系统要求,PWM开关频率可设置为500 kHz或100 kHz。为消除外部元件,DRV593的增益固定为2.3 V /V.对于DRV594,增益固定为14.5 V /V. 特性 与DRV591相比,操作将输出滤波器尺寸和成本降低50% ±3-A最大输出电流 低电源电压工作:2.8 V至5.5 V 高效率产生更少热量 过流和热保护 故障指示灯过流,热和欠压条件 两个可选择的开关频率 内部或外部时钟同步 针对EMI优化的PWM方案

  9×9 mm PowerPAD™Quad Flatpack封装 应用 热电冷却器(TEC)驱动器 激...

  DRV591是一款高效率,高电流功率放大器,适用于驱动2.8 V至5.5 V电源系统中的各种热电冷却器元件PWM工作和低输出级导通电阻可显着降低放大器的功耗。 DRV591内部具有热和电流过载保护功能。逻辑电平故障指示器在结温达到约130°C时发出信号,以便在放大器内部热关断电路激活之前进行系统级关断。当发生过电流事件时,故障指示器也会发出信号。如果过流电路跳闸,DRV591会自动复位(更多详细信息,请参见应用信息部分)。 根据系统要求,PWM开关频率可设置为500 kHz或100 kHz。为了消除外部元件,增益固定在大约2.3 V /V。 特性 ±3-A最大输出电流 低电源电压工作:2.8 V至5.5 V

  高效率产生的热量 过流和过热保护 过流,过热和欠压条件下的故障指示灯 两种可选择的开关频率 内部或外部时钟同步 针对EMI优化的PWM方案 9×9 mm PowerPAD ?? Quad Flatpack 应用 热电冷却器(TEC)驱动器 激光二极管偏置 PowerPAD是德州仪器公司的商标。 参数 与其它产品相比 TEC/激光 PWM 功率放大器   Vs (Min) (V) Vs (Max) (V) rDS(on) (Ohms) Output Current (Typ) (A) ...

  CC2595 用于 2.4GHz ISM 频带系统的射频前端发射功率放大器

  CC2595是一款PA解决方案,可扩展任何Zigbee或蓝牙收发器的范围。它是一款经济高效的高性能RF前端,适用于2.4 GHz频段的低功耗和低电压无线应用。如果使用适当的外部元件,其单端RF输入和输出使其与任何制造商的收发器兼容。当使用发送/接收(T /R)开关和平衡 - 不平衡转换器时,它可以与现有和未来的CC24XX和CC25XX收发器产品连接。 CC2595通过提供功率放大器来扩展链路预算,以提高输出功率。它对高(+20 dBm)输出功率非常有效,使其适用于电池供电系统。 CC2595包含PA和RF匹配,可用于高性能无线应用的简单设计。它采用3×3mm,16引脚QFN封装,带有裸露焊盘。 特性 低成本和小包装 非常少的外部组件 2.0-V到3.6- V操作 掉电模式下小于1μA的电流消耗 低发送电流消耗 3 V时98 mA,+ 20.7 dBm输出(PAE) = 40%) 符合RoHS标准的3×3毫米QFN-16封装 参数 与其它产品相比 射频增益块放大器   Number of Channels (#) Frequency (Min) (MHz) Frequency (Max) (MHz) Noise Figure (Typ) (dB) P1dB (Typ) (dBm) Gain (Typ) (dB) Impedance Match...

  LMX2485Q-Q1 用于射频个人通信的汽车类 Δ-Σ 低功率双路 PLL

  LMX2485Q-Q1是一款带有辅助性整数N PLL的低功耗,高性能Δ-Σ分数N PLL。该器件采用TI高级工艺制造。 凭借Δ-Σ架构,低偏移频率下的分数杂波被推至回路带宽之外的更高频率。将杂波和相位噪声能量推至更高频率的能力是调制器阶数功能的直接体现。与模拟补偿不同,LMX2485Q-Q1采用的数字反馈技术对于温度变化和晶圆制造工艺变化的抗扰度较高.LMX2485Q-Q1Δ-Σ调制器经编程最高可达四阶,允许设计人员根据需要选择最优调制器阶数,从而满足系统对于相位噪声,杂波和锁定时间的要求。 对LMX2485Q-Q1进行编程的串行数据通过三线MHz)MICROWIRE接口进行传输.LMX2485Q-Q1提供精确的频率分辨率,低杂波,快速编程以及改变频率的单字写入功能。这使其成为直接数字调制应用的理想选择。此类应用的N计数器通过信息直接调制.LMX2485Q-Q1采用4.0mm×4.0mm×0.8mm 24引脚超薄型四方扁平无引线(WQFN)封装。 特性 实现低分频系数分频的四模预分频器 射频(RF)锁相环(PLL ):8/9/12/13或16/17/20/21 中频(IF)PLL:8/9或16/17

  LMX2615-SP 具有相位同步功且支持 JESD204B 的航空级 40MHz 至 15GHz 宽带合成器

  LMX2615-SP是一款高性能宽带锁相环(PLL),集成了电压控制振荡器(VCO)和稳压器,可输出40MHz的任何频率和没有倍频器的15 GHz,无需½谐波滤波器。此设备上的VCO覆盖整个八度音程,因此频率覆盖范围可达40 MHz。高性能PLL具有-236 dBc /Hz的品质因数和高相位检测器频率,可以实现非常低的带内噪声和集成抖动。 LMX2615-SP允许用户同步设备的多个实例的输出。这意味着可以从任何用例中的设备获得确定性阶段,包括启用分数引擎或输出分频器的设备。它还增加了对生成或重复SYSREF(符合JESD204B标准)的支持,使其成为高速数据转换器的理想低噪声时钟源。 该器件采用德州仪器制造?先进的BiCMOS工艺,采用64引脚CQFP陶瓷封装。 特性 辐射规格 单一事件闩锁

  总电离剂量达到100krad(Si) 40 MHz至15 GHz输出频率 -110 dBc /Hz相位采用15 GHz载波的100 kHz偏移噪声 8 GHz(100 Hz至100 MHz)时54 fs RMS抖动 可编程输出功率 PLL关键规格 品质因数:-236 dBc /Hz 归一化1 /f噪声:-129dBc /Hz 高达200 MHz相位检测器频率

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