Лаборатория СВЧ. Недосказанное в даташитах на усилители MAAP

    В прошлом опусе были поверхностно описаны требования пользователя к эксплуатационной документации на элементную базу, некоторые недомолвки производителя микросхем HMC996 Hittite Microwave corp. В данном тексте постараюсь осветить серьезную проблему микросхемы MAAP-010168 производителя MACOM TS.

    image

    Выявление данной проблемы состоялось в преддверии стыковочных испытаний изделия. Поначалу грешили в основном на конструкцию нашего проекта. Атмосфера была пронизана отчаянием. Стали проверяться самые безумные идеи, фантастические гипотезы. Намечались очередные прощания с семьями, ночной инжениринг, фаст-фуд, кофе и прочие «прелести». После множественных попыток перекроить конфигурацию всерьез задумались над возможностью производственного брака MACOM. Взяли микросхему из другой партии — та же ерунда. Закралась мысль о конструктивном браке микросхемы.

    Звонок в представительство компании. Вежливо ответили, но дали понять, что помочь нам не в состоянии, могут лишь послать запрос разработчикам. Оператор задумался на какое-то время: «Хотя, у нас был похожий запрос несколько месяцев назад. Проблема очень напоминает Вашу». Мы получили контакты неизвестных коллег. Товарищи из компании «Радиосервис» (отдельное спасибо за предоставленную помощь Попову Валерию Павловичу) по телефону описали свой опыт работы с микросхемой, предложили вариант решения. Ответ, как оказалось, был наивно прост.

    Усилитель MAAP-010168 был необходим нам для раскачки импульсной (частота импульсов 1 КГц, скважность 0.3 %) мощности в L-диапазоне. Вот так выглядит рекомендованная схема включения усилителя:

    image

    Замечу, что в dtsh (datasheet) никаких оговорок о режиме подачи питания не сделано. Мы включаем IC стробами (импульсами напряжения Vdd), подаем синхронно со стробами мощность на вход и наблюдаем спектр сигнала на выходе.

    Наблюдается следующая проблема: Возбуждение микросхемы на низких частотах (порядка 150 КГц).

    На этапе макетирования (изображение в топе данной публикации) сей позорный недуг был упущен, а в железке, когда поплыли осциллограммы, объем беды стал очевиден. Вернулись к макету — там та же ерунда. В итоге макет был изнасилован всеми доступными инженерам способами (результат вы опять же можете наблюдать на фото), но безрезультатно.

    Сигнал строба непосредственно на ножке IC выглядел следующим образом:

    image

    Биения питания приводили, разумеется, к модуляциям. В спектре сигнала это мусор, в который уходит часть полезной энергии.

    В документации отсутствовало хоть малое описание внутренней структуры IC. Коллеги из «Радиосервиса» выяснили, что в начинке содержится 4 усилителя! Для каждого своя ножка питания (нам же казалось, что количество выводов обусловлено токовой нагрузкой на линию).Соответственно при управлении ими необходимо учитывать взаимное влияние. А еще лучше всеми доступными способами это взаимное влияние демпфировать. Вот и модернизировали схему включения до следующего вида:

    image

    Номинал индуктивностей, конечно, необходимо тщательно подбирать, исходя из параметров строба, конфигурации схемы, даже конструкции. Можно применить ЭМС дроссели, тут уж больше габаритный фактор и ток играют роль. Решение же достаточно простое и, как кажется теперь, очевидное.
    Поделиться публикацией

    Комментарии 40

      0
      Между каждой ножкой и дросселем ещё не помешают ёмкости на землю. Величину подобрать так, чтобы возбуда не было.
        +4
        Ничего удивительного, что подобный усилитель не поддерживает "импульсного питания". Как раз внутренняя индуктивность, установленная внутри микросхемы между питанием и открытым коллектором/истоком выходного транзистора, дает звон по питанию. Этот звон попадает в каскады, установленные ранее, те, что до выходного каскада, и получается обратная связь, вызывающая завязку-возбуд. Поставив дроссели, Вы сместили резонансную частоту, и тем самым разрушили баланс фаз и амплитуд, которые вызвали генерацию… Кроме того, Вы "завалили" фронты, той самой Вашей импульсной модуляции, и тем самым, размазали пики спектра в "холмики" c более низкой амплитудой.
        В импульсных "нелинейниках", обычно, такой-же звон присутствует, но строб приемника короче, и тем самым, на приеме звон, вырезается за счет временного разнесения. То есть приемник включается, когда передатчик вышел на режим, а выключается раньше.
        Блокиратор/подавитель сделали?
        Попову, отдельный привет из "Компании ПОИСК" ;)
          0
          Совершенно точно. Пришлось пожертвовать быстродействием схемы в счёт стабильности. Но у нас приёмник и передатчик срабатывают спустя защитный интервал. Друг на друга влияют минимально. Было куда отступить. Спектр сигнала в итоге остался приемлемым.
          0
          Кстати, а Вы не пробовали подавать импульсы на Vgg, вместо Vdd? При этом, питание на Vdd держать постоянно?
          По идее, при низком (нулевом) напряжении смещения на Vgg, микросхема не должна сосать ток через Vdd.
          Кроме того, вход Vgg должен быть слаботочным, хоть и иметь емкостную составляющую нагрузки.
            0
            Так делать нежелательно, подача сигналов на Vgg должна быть филигранно синхронизированна. Да и dtsh не рекомендует.
              0
              По идее при нулевом смещении на Vgg при наличии питания на Vdd микросхема должна пускать дымок.
              Модуляция затворным напряжением делается например между минус 1 и минус 5 вольт, когда при напряжении минус 1 вольт транзисторы находятся в линейном режиме, а при минус 5 — полностью закрыты. Конкретно для данной микросхемы величины затворных напряжений могут отличаться. Но глубина модуляции при таком способе будет ниже, чем при модуляции Vdd.
            • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                0
                Модулировать нужно входной сигнал или выходной, причем для получения малого времени нарастания\спада фронта сигнала еще придется потрудится и решение будет недешевым. При отсутствии сигнала усилитель потребляет не 3,5А а существенно меньше.

                Для настоящего извращения попробуйте модулировать питание не всего усилителя, а только выходного каскада.
                  –1
                  Усилитель продолжает жрать столько, сколько ему дадут, вне зависимости от входного сигнала. Шум для него — тоже сигнал. Другое дело, если входным сигналом мы его в нелинейность загоняем или есть хитрая схема смещения, но это уже отдельная тема. Стробирование необходимо не для модуляции (иначе я бы называл это модуляцией), а для временного разделения работы передатчика и приемника. Другими словами работа идет по следующему алгоритму: включается MAAP — защитный интервал — подача сигнала — защитный интервал — включение приемника.
                  И, кстати, MAAP в нашей схеме и служит выходным каскадом.
                    0
                    Скорее всего не столько, а все же меньше, если только он не в классе А. У Вас шум на входе усилителя соизмерим с полезным сигналом?

                    MAAP в нашей схеме и служит выходным каскадом


                    я про выходной каскад самой MAAP-010168. Т.е. если различие в потреблении тока по входам Vdd1 и Vdd2? Если есть и существенное, то отключайте (стробируйте) только сильноточный вход питания.
                      0
                      Ну ТАК извращаться мы не пробовали). Тем более — попробуй угадай, какой из каскадов выходной. Шум безусловно ниже по уровню мощности, но у нас есть преамп, да и у MAAP достаточно высокая чувствительность, свои 24 дБ он выдает,
                        0
                        исследование токов потребления по Vdd1 и Vdd2 — суть исследование внутренней структуры. Если сильно разнится, то один заводит питание на раскачку (основное усиление), второй на выходной каскад (усиление мощности). Если так, то стробирование выходного каскада может давать меньше артефактов в выходном сигнале.
                          0
                          Спасибо, но для нас метод коммутации все же не подходит ввиду требований по ЭМС ПРМ и ПРД. Вероятнее всего отключив лишь один каскад, достаточно большая часть мощности все же будет пролетать на выход. С другой стороны интересно что тогда будет с внутренним КСВ микрухи.
                          0
                          И еще. Скорее всего это более поможет:
                          На последней схеме из статьи: в случае применения дросселей в питании схема не очень корректна. Дроссель имеет высокое реактивное сопротивление на ВЧ, а конденсатор — малое. Итого помеха на выводе питания замыкается на землю через высокое сопротивление дросселя и конденсатор, т.е. неэффективно. Часть помехи через внутренние цепи попадает в другие цепи микросхемы.
                          Нужно использовать 4-ре дросселя и 4-ре конденсатора, подключенных непосредственно к выводам питания.
                            0
                            Приведенный метод дал практические результаты. Справедливости ради стоит оговориться, что речь идет о конкретном устройстве, а обобщенный вариант схемы с 4 L и 4 C будет правильнее
                        0
                        Я никак не могу понять. Зачем выключать питание микросхемы, если можно просто перестать подавать несущую на её вход? Чтобы в эфир не излучался шум?
                          0
                          в том и дело, что шум излучается в отсутствии несущей — это раз.
                          Во вторых через модулятор даже в отсутствие сигнала пролетает несущая, усиливается передатчиком и отправляется в антенну. Т.о. передатчик необходимо вырубать.
                            0
                            По факту получается, что вы используете усилитель, как модулятор с очень большой глубиной. У меня лично ощущение, что это какое-то нестандартное применение микросхемы. Но я не занимаюсь СВЧ.

                            Из цифровой логики можно делать УНЧ, и это даже будет работать, но в документации к микросхемам про особенности такого режима ни слова :-)
                              0
                              В СВЧ часто встаёт вопрос об импульсном режиме работы. Строго говоря это не модуляция, тк сигнал не меняет формы — он и так короче строба. Это быстрая коммутация. Для мощных усилителей разумно рассматривать импульсный режим.
                      –1
                      В приведенных вами выдержках dtsh нет прямого указания, даже намека на невозможность импульсного питания. В таблице написано, что максимальное значение duty cycle = 100%, минимальное и среднее (типовое) значения не регламентированы. Чувствительность к статике — это ДА, первоочередность включения — тоже ДА! Freq. — частота несущего сигнала!!! Не относится напрямую к питанию, лишь косвенно через внутренние паразитные связи. Внутренний стабилизатор? Это вам не SDR. Вопрос стробирования для нас — коммутация ПРМ/ПРД. Можете в качестве примера посмотреть даташит на XP1006FA. Очень похожий функционально девайс. Там тоже не написано, что он импульсный, управление тоже через ножку питания, но в отличии от MAAP есть хотя бы намеки на скважность и время наработки на отказ. При макетировании в непрерывном режиме он так и вообще выходит из строя.
                      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                      –1
                      Нигде в dtsh про режимы Vdd не указано! Нет ничего типа continuous wave/ constantly power и т.п. Принципиального запрета на режим подачи питания не обозначено. С Vgg все ясно было. Его никто не трогает. Внутренняя же структура — черный ящик. Если же Вам что-то подробно известно про начинки (типа внутренний стабилизатор), будем рады поучиться.
                        +1
                        Это то всегда оооочень подозрительно, для любого устройства сложнее транзистора, а уж тем более многокаскадного усилителя ВЧ и особовнно такого высокочастотного и мощного при желании выведения его на стабильный режим за единицы микросекунд (если правильно понял что 0.3% от 1KHz, т.е. это получается что ему надо раскачаться и перестать заниматься своей внутренней фигней за 1-2мкс), в нем 146% при включении питания будут переходные процессы, только если производитель не подумал о там режиме и не протестировал что б подтвердить/исключить его. Во всех остальных случаях надо обязательно пинать производителя явно говоря ему как конкретно хочется использовать его продукт.
                          –1
                          На такой случай грамотно было бы указывать в dtsh такие параметры как Trise, Tfall или что-то наподобие. Собственно о неполноте описаний и сабж. А производителя пинать — длины ноги иногда не хватает))
                            +1
                            нууууу ....

                            IMHO это как бы нетипичное использование усилителя, его изготовители просто не подумали что его таким образом можно использовать и/или именно эта модель не предназначена для такого режима и потому не тестировалась.

                            Вариантов извратов использования можно придумать много, все не протестируешь, не продумаешь заранее. Есть вообще хоть один подобный усилитель у которого это нормируется? И если — то какое время выхода на режим после включения питания ?
                              0
                              покурил чуток их продукты, вот например

                              7 W Pulsed High Power Amplifier 2.7 -3.0 GHz
                              http://cdn.macom.com/datasheets/MAAP-011022.pdf
                              Amplifier, Power, 8 W 5.2 — 5.9 GHz
                              http://cdn.macom.com/datasheets/MAAP-011027.pdf

                              вот для них явно написано что питание можно дергать и показано как
                                0
                                Ну так эти усилки просто загнутся в непрерывном режиме вот для них и указано. В описанном же скважность допускается 100%, и больше ничего не написано
                                  0
                                  так вы ж и сами используете в импульсном — частота импульсов 1 КГц, скважность 0.3 % — 33мкс импульсы, а те на 80-100мкс специфицированы.
                                    0
                                    Они хоть срецифицированны
                                    0
                                    все правильно написано кстати :)

                                    "cкважность допускается 100%", на месте "Min" в даташыте стоит прочерк — т.е. не 0-100%, a тупо 100%, CW
                                      0
                                      С чего это??? В таблице приводят test conditions. Это не панацея. Если бы минимум был 100%, так и писали бы
                                        0
                                        но наводит на мысли что если есть отдельно "pulsed amplifier" да еще примерно на те длины импульсов что вам надо, а тут про это молчок — это Жжжжжж не спроста ...

                                        а про питание и ноги — у других усилителей от них схемы есть, и во всех видено что отдельные ноги это не равномерная равесовка питания, а именно что питание отдельных ступеней.
                                          0
                                          Да, и это не может не радовать. Но, как вы сами говорите, все суждения косвенные. Наша задача показать, что пациент работает, но с оговорками
                                            0
                                            стремновато брать пациентов вне спецификаций, если что — производитель просто ручками сделает бякбяк, а судя по тому что только микросхемка стоит более $250, то все устройство стоит как новая машина среднего класса
                                              0
                                              В целом об этом и речь. При такой стоимости, можно было бы подробнее описать режимы. А про скважность так и вообще не упоминать, просто сделать оговорку: continuous wave.
                                  0
                                  кстати прям на сайте MACOM есть livechat, не отвечают и там ?
                                    0
                                    Большое время отклика, мы уже опаздывали
                              +1
                              Мне кажется, что дергать питание передатчика для использования общих трактов (например антенного в РЛС) — это не очень хорошая идея. Почему Вы не используете для этого традиционные средства (PIN диоды, циркуляторы, направленные ответвители)?
                                0
                                Они про них похоже не знают. Обычно на момент передачи посылки вход приемника шунтируется, сами посылки можно делать модулированными для улучшения помехозащищенности локатора, но при модуляции питания это будет трудноразрешимой задачей.
                                Я так понял что конструкцию ваяют "на коленке" из доступных модулей.
                                Срочную служил на теплой ламповой релейке 5Я62, 45Вт выхода в импульсе, циркулятор вполне справлялся с подавлением излучения передатчика на входе приемного модуля, правда сам циркулятор весил килограмма 3-4 ;)

                                0
                                Полумост из полевых транзисторов, подающий/снимающий питание с микросхемы на фото — это в левом нижнем углу? У вас он очень далеко от ног питания микросхемы, а на противоположную сторону так и вовсе питание идет через длинющий провод, а там керамические конденсаторы у самых ног. Вот вам и колебательный контур. Как писали выше, добавлением дросселей вы просто сместили частоту резонанса. По уму надо ставить транзисторы прямо впритык к ногам микросхемы, а развязывающие конденсаторы лепить уже у истоков транзисторов. Ну и RC-снаббер не забыть.

                                Микросхему можно просветить на ренгене, чтобы проверить, есть ли там встроенные стабилизаторы. Но скорее всего — нет. И не будет проблем с модуляцией питания, если грамотно спроектировать схему и плату. Мы так делали для других усилителей.

                                Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                Самое читаемое