Hallo. Ich versuche gerade in das Thema Mikrowellenelektronik einzusteigen und haben in Agilent ADS einen Verstärker für 2.45 GHz entworfen. Dieser ist im Bild zu sehen. Das Signal kommt von links und wird nach rechts verstärkt. Oben ist die Biasspannung die man einstellen kann und unten die Versorgungsspannung. Das ganze stellt vereinfacht betrachtet wohl eine Art Emitter Schaltung, aber als HF-Version dar. Problem ist jetzt, dass das ganze ohne Eingangssignal in der Simulation bei etwa 150MHz schwingt. In der S-Paramteranalyse sind bei dieser Frequenz positive Reflektionsfaktoren S11 und S22 zu sehen. Die Schwingung kommt definitiv durch die beiden Biaspfade, die mit dem Transistor irgendwie einen Resonanzkreis bilden. Es ist natürlich müßig darüber zu Philosophieren wie nah die Ergebnisse an der Realität sind, weil die Spannungsquelle ja nicht direkt an den Pads bzw. den 0.5cm*0.5cm MLINs angeschlossen ist. Die Spannungsquellen muss man sich ja mit Innenwiderstand, Induktivitäten durch die Zuleitungskabel und vermutlich noch anderen Parasiten vorstellen. Und lange Leitungen haben in der Simulation den Effekt der Schwingens verringert, so dass die Schaltung nach ein paar ns eingeschwungen war. (Dazu habe ich vor die Spannungsquelle einfach Induktivitäten, Widerstände und noch 50cm MLINs geschaltet.) Aber trotzdem würde mich interessieren wie man in der HF-Welt solche Störungen vermeiden und evtl. kompensieren kann. Spannungsquelle auf der Platine mit Kondensatoren blocken? Induktivitäten in Serie dazu schalten? Mein erster Gedanke war es eine Spule mit möglichst großer Induktivität vor die Versorgungsspannung zu schalten, allerdings sind Induktivitäten bei diesen Frequenzen wohl eher Kapazitäten...daher wird das wohl nichts.
Angehängte Dateien:
-
1.JPG
220 KB
Was ist denn das Ziel ? Wieviele dB, welche Bandbreite, welche Leistung, welche Rauschzahl ? Fuer Standardanwendungen wuerde ich einen MAR6 oder so hervorziehen. Wenn man mit Reaktanzen arbeitet, ist das Design nicht breitbandig. Mir haett's etwas viel Reaktanzen auf dem Schema...
Es soll mal ein Power Amplifier als Einzeltransistorschaltung werden. Ich wollte erstmal schauen wie weit ich mit einem Bipolartransistor komme, der leicht zu beschaffen ist. Später möchte ich einen HEMT Transistor benutzen, aber da die doch recht teuer sind soll das hier ein erster Testaufbau werden. Daher möchte ich keinen fertigen kompletten Verstärker benutzen wie es der MAR6 ja zu sein scheint. Der Transistor den ich da gefunden habe, hat nach Hersteller angaben nur noch 5 dB bei 2.4 GHz, ich komme mit der Schaltung auf 4.6dB. Was dann ja etwas mehr als einer Leistungsverdopplung entspricht. Das reicht fürs erste. Die Bandbreite soll nur sehr schmal sein, etwa 2.45 GHz +- 50 MHz. Rauchzahl ist auch erstmal egal. Es ging jetzt im Prinzip nur darum eine Anpassstruktur und das Biasing mit geätzten Leitungselementen zu realisieren. Vielleicht sollte ich noch erwähnen, dass die Schaltung mit maximal 10mV am Ausgang schwingt. Ich schätze diese kleinen Spannungen und Ströme die dann in der Schaltung auftreten würden real auch durch die Leitungswiderstände und Induktivitäten gedrosselt. Aber welche Bauelemente könnte man wo einbauen, um die Oszillation von Bias- zu Supply-Spannungsquelle zu unterdrücken?
Wenn etwas schwingt ist idR. S11 oder S22 >0dB. Damit hat man einen negativen Realteil und schuppdiwup werden die parasitären Schwingkreise entdämpft. Was man also machen muss, ist bei den Frequenzen welche ein S11/S22 >1 ist einen resistiven Anteil hinzuzufügen. Oftmals sieht man das als Widerstand welcher mit einem Schwingkreis überbrückt ist. Entweder in Serie oder paralell. Ohne Widerstand geht es nicht. Man kann dann zwar die negativen Realteile verschieben aber sie gehen nicht weg :) Viele Grüße, Martin L.
Danke Martin, das klingt sehr einleuchtend. Ich habe jetzt mal Serienwiderstände von je 1 Ohm vor die beiden Spannungsquellen geschaltet, jetzt bekomme ich keine positiven S11 und S22 werte mehr. Ich probiere den Aufbau dann erstmal so aus. Die Spannungsquellen haben von sich aus ja schon einen kleinen Innenwiderstand. Zwar kleiner als 1 Ohm, aber mal schauen, ob es überhaupt schwingt, falls ja baue ich dann noch 1 Ohm von Hand ein. Über die fallen ja auch kaum Leistung ab. Der DC Strom beträgt gerade mal 100mA.
Hallo, schön, dass es dort funktioniert. Da beeinflusst es das Nutzband nicht. In einem realen Aufbau würde ich aber nach dem Serienwiderstand (in Richtung Spannungsquelle) unbedingt noch ein Abblock-C vorsehen damit die Induktivität der Bias-Versorgung Dir nicht die niedrige Impedanz welche die Quelle in der Simulation hat verdirbt. Viele Grüße, Martin L.
Warum hat die 0,9V Spannungsquelle an der Basis keinen Serienwiderstand? Da kann man doch locker bei so kleinen Strömen 50 oder 100Ohm einabuen oder sollte da Kurzschluss plus lambda/4-Leitung einen unendlicher Widerstand ergeben?
Hallo, > oder sollte da Kurzschluss plus lambda/4-Leitung einen unendlicher > Widerstand ergeben? Ja. So wird das üblicherweise gemacht. Das funktioniert aber nur bei den entsprechenden Frequenzen bei der die Leitung lambda/4 bzw. ganzahlige Vielfache lang ist. Das was man aber trotzdem beachten muss ist, dass es immer ein reaktiver unendlicher Widerstand ist. Er also hat keinen Realanteil. (Wenn man die Leitungen als verlustlos annimmt) Viele Grüße, Martin L.
Bei 50MHz Bandbeite bei 2.4GHz sollte man mehr Verstaerkung erreichen. Man muss ja nur resonant arbeiten. Eine Guete von 30 sollte drinliegen. Dann sind die 150MHz auch weg.
Wie kommst Du auf diese komplexe Beschaltung? Gefühlsmässig würde ich sagen, da könnte man 75% der Elemente einsparen (und somit auch unerwüntschte Resonanzen)
Hallo, Peter schrieb: > Wie kommst Du auf diese komplexe Beschaltung? Gefühlsmässig würde ich > sagen, da könnte man 75% der Elemente einsparen (und somit auch > unerwüntschte Resonanzen) Also für mich sieht das nach einem recht straigt forward entworfenen Verstärker aus. (Wobei mit den vielen Variablen wohl viel probiert wurde was aber in dem Business oft nicht zu vermeiden ist) Man braucht ja für die konzentrierten Bauelemente Anschlussleitungen/Pads welche man als Leitung in die Simulation bringen muss. Dann die Leistungs-/Rauschanpassung mit einem Stub und die Biaseinspeisung welche durch lambda/4 Leitungen und radial Stubs entkoppelt ist. Was würdest Du dort weglassen? (Ausser L15/L16 und entsprechende zusammenfassen?) Viele Grüße, Martin L.
L15/L16 ist eine Mikrostreifenleitung und ein Lötpad. Wir machen das am Lehrstuhl immer so, dass wir Lötflecken in die Schaltung bauen, an die mit Drähten einfach die gewünschte Spannung angelegt wird und am Rand der Platine ist dann eine Leiste mit 2mm Bananensteckerbuchsen, an die man alles anschließt. Insofern wird zusammenfassen schwierig. Aber ich hab grad etwas den Faden verloren. Erstmal: ja das Design ist wohl als straight-forward zu bezeichnen. Ich habe in der Literatur dieses "standard" Layout gefunden, mit dem man die Impedanzanpassung erreicht. Es entspricht im Prinzip einem Kondensator gegen Masse mit einer Spule in Serie, die dann am Ein- und Ausgang an den Transistor angeschlossen wird. Die Biasleitungen entsprechen quasi einer RF-Drossel...also extrem hochohmig für hohe Frequenzen. Genauer gesagt sind es zwei lambda/4 Leitungen in Reihe. Der Stub ist eine etwas breitbandigere lambda/4 Leitung. Es ist also eine breitbandige lambda/2 Leitung, die für die Ausgelegte Frequenz ein Leerlauf darstellt. So habe ich das zumindest verstanden. Abblockkondensatoren habe ich eingebaut, die sind nur nicht im Schaltplan zu sehen. Ich habe 10nF, 100nF und 100µF an jeder Quelle. Wieso soll ich vor die Quelle noch einen Serienwiderstand bauen? Das von hacky hab ich nicht ganz verstanden: "Bei 50MHz Bandbeite bei 2.4GHz sollte man mehr Verstaerkung erreichen." Mehr Verstärkung ja, allerdings ist vom Hersteller bei der Frequenz nur 5.5dB angegeben und leider war das der beste Bipolartransistor, den ich gefunden habe. In der zweiten Version werde ich dann für Leistung optimieren, es ging jetzt nur um das HF-Layout. Und was sollte das heißen: "Man muss ja nur resonant arbeiten." Meinst du man hängt an den Emitter einen Resonator z.b. Schwingkreis für die Frequenz? Ich habe das schon bei LNA Layouts gesehen, bei denen die Transistoren auf einen Schwingkreis gearbeitet haben. Meintest du sowas?
Hallo. Ich habe das ganze gerade mal fertig aufgebaut. Am Anfang schwang es sehr stärk...viel stärker als in der Simulation angegeben (über 10V Amplitude), aber erst nachdem ein bestimmter Schwellwert der Biasspannung überschritten wurde. Ich habe jetzt vor die Versorgungsspannungsquelle die im Layout zu sehen sind je 10 Ohm gesetzt, jetzt sind es nur noch ca 80mV mit denen es da schwingt. Wie könnte ich das noch weiter reduzieren?
Hallo, wenn der Transistor so stark schwingt, musst Du aufpassen, dass er nicht zu heiß wird und vor allem, dass Dein Messgerät nicht kaputt geht. Dann wäre die Frage, mit was Du gemessen hast. Wenn Du die Amplitude so genau kennst liegt Oszilloskop nahe. Das wiederum hat aber keinen besonders guten 50 Ohm Abschluss. Auch ist noch offen wie der Eingang während der Messung beschaltet war. Weiter wäre zu klären ob Du die Simulation nur mit dem Spice-Model gemacht hast oder ob Du auch mal eine lineare Analyse mit den vom Hersteller angebotenen S-Parameter gemacht hast. Was mich aber wundert ist, dass Du dem Augenschein so wenig Unterstützung von Deinem Lehrstuhl bekommst. Woran liegt das? Viele Grüße, Martin L.
Ja es war ein Oszilloskop, das kann gut sein, dass es Einfluss auf die Amplitude hat, aber ich glaube nicht dass es das Schwingen beeinflusst oder gar erzeugt. Ich hab das ganze auch mit einem S-Parameter File für den oben erzeugten Arbeitspunkt simuliert. Da produzierten das Spice Modell und das S-Parameter File dieselben Ergebnisse. Ich bekomme ja Unterstützung, kann ja jederzeit da vorbei und Fragen stellen etc., aber war halt über WE noch nicht wieder da. Ich werde das die Tage mal in der Uni an eines der HF-Oszilloskope hängen, da weiß ich dass die ziemlich genau 50 Ohm haben wenn man es denn will und nicht High Z eingestellt hat.
Hallo, trotzdem wäre das geeignetere Messgerät ein Spektrumsanalysator mit 20dB Dämpungsglied vor dem Eingang. Denn wer weiß ob die Schaltung nicht auch noch bei anderen Frequenzen schwingt was man auf dem Oszilloskop nicht sieht. Wie gesagt - ganz wichtig auch einen Dummyload/Abschluss an den Eingang. Kannst Du mal die Stabilitätskreise für die kritische Frequenz posten? Viele Grüße, Martin L.
Was muss man plotten, um die Stabilitätskreise zu erhalten?
Hallo, in ADS gibt es dafür IMHO ein eigenes Simulations-Item. Stability Circles oder ähnlich. Ansonsten findest Du unter dem Stichwort auch in der Hilfe etwas passendes. Viele Grüße, Martin L.
Angehängte Dateien:
-
Unbenannt.JPG
78 KB
Bin mir nicht sicher ob das richtig ist. Es heißt auf jedenfall so. Aber für mich sind diese Kreise neu, was erkennt man daraus?
Hallo, die Kreise werden üblicherweise im Smith-Chart gezeichnet und dieses dann so skaliert, dass man den Reflektionsfaktor nur bis Gama=1 sieht. (Also die normale Ansicht) Dann plottet man nur zwei oder drei Kreise für die interessanten Frequenzen. Wenn der Kreis den Einheitskreis vom Smith-Chart schneidet, weiß man, dass der Verstärker nur bedingt stabil ist. Der Kreis trennt dann die Ein-/ bzw. Ausgangsimpedanz (je nachdem welchen Kreis man hat zeichnen lassen) in das Impedanzgebiet bei dem der Verstärker stabil ist und das bei dem er schwingt. Wenn man z.B. http://www.maxim-ic.com/images/appnotes/1852/1852Fig12-6.jpg ansieht, erkennt man, dass der Verstärker bei 50Ohm Abschluss am Eingang stabil arbeitet. Wenn der Eingang jedoch kapazitiv belastet wird (mit einer nicht zu kleinen Kapazität) wird er schwingen. Soetwas will man in der Realität idR. vermeiden weil man durch Leitungstransformation von nicht perfekten Abschlüssen eine ganze Menge Impedanzen bekommt die dann ggf. im instabilen Bereich liegen. Akzeptabel ist es idR. nur dann, wenn diese bedingte Stabilität in Zwischenstufen wie z.B. einem Treiber für eine Endstufe auftritt und man klar definierte Impedanzverhältnisse hat die sich nicht ändern können. Viele Grüße, Martin L.
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschalten
Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.