fbpx
Share this article
Share on linkedin
Share on facebook
Share on twitter

בחירת מגברי MMIC בעלי ליניאריות גבוהה לשימוש בצורות גל ספרתיות מרוכבות

Ted Heil/Mini-Circuits and Steve Crain/Keysight Technologies

מגברי MMIC (מעגלים משולבים מונוליטיים לגלי מיקרו) המבוססים על טרנזיסטורי גאליום ארסנייד בטכנולוגית PHEMT במצב מורחב (enhanced mode) מספקים למשתמש יתרונות מבחינת ספרת הרעש בפס הרחב ומבחינת ביצועי האפנון ההדדי (intermodulation), אשר מבדילים אותם מהדורות הקודמים של תכנוני מגברי גאליום ארסנייד.

טרנזיסטורי PHEMT (טרנזיסטורים בעלי אלקטרונים עם ניידות גבוהה במבנה מדומה) התפרסמו כבר משחר ההיסטוריה בזכות ספרת הרעש הנמוכה ביותר שלהם, ומזה זמן הם משמשים גם במידה רבה ביישומי הספק, בתחום מגברי הספק בהתקנים ניידים. תכנונים שנעשו לאחרונה מאופיינים בשילוב רעש נמוך עם דיכוי מצוין של עיוותי אפנון הדדי, וכך משתפרים שני הקצוות של התחום הדינמי על פני טווח תדירויות רחב.

בחירת מגברי MMIC בעלי ליניאריות גבוהה לשימוש בצורות גל ספרתיות מרוכבות
מגברי E–PHMT מגאליום ארסנייד של Mini–Circuit מספקים הן רעש נמוך וגם דיכוי מצוין של עיוותי האפנון ההדדי

הקו של מגברי MMIC בעלי הרעש הנמוך וטווח דינמי רחב של Mini–Circuits כולל יותר מ- 30 דגמים ייחודיים במשפחות PSA, PMA ו- PHA. אלו הם מגברי MMIC רחבי סרט במבנה Class A בעלי דרגה אחת, בעלי עכבה של 50 אוהם. כולם מציעים ביצועים יוצאי דופן של ספרת הרעש והאפנון ההדדי. התוספות האחרונות למשפחת PMA נבדלות בביצועי רעש נמוכים על פני פסי רוחב באוקטבות רבות ובביצועים גבוהים של IP3 (נקודת הפרעה מסדר שלישי) עם צריכת הספק נמוכה ממקור המתח הישר. טבלה 1 מציגה פרמטרים חשובים של הביצועים עבור דגמים נבחרים ממשפחות מגברים אלו.

טבלה 1: סיכום ביצועים של מגברי MMIC

בחירת מגברי MMIC בעלי ליניאריות גבוהה לשימוש בצורות גל ספרתיות מרוכבות

אפיון מגברים עבור צורות גל מרוכבות

בעבר, מגברים היו מאופיינים על ידי אותות גל רציף (CW) אשר אפשרו לבצע מדידות פשוטות באופן יחסי, כמו למשל נקודות מפגש (intercept point) ודחיסה (AM ל- AM ו- AM ל- PM). בעוד שמדידות אלו עדיין נותרו שימושיות למדי, בתעשיית ההתקנים האלחוטיים התברר שמגברים מתנהגים באופן שונה כאשר העירור שלהם נעשה באותות מרוכבים שיש להם יחסי אות שיא לאות ממוצע גבוהים יותר מאלו שיש לאותות גל רציף לא מאופננים. התוצאה היא שלמען האפיון של מגברים לתחום האלחוטי רצוי לכלול מדידות שמתבצעות עם צורות גל מרוכבות “מהעולם הממשי”. מדידות נפוצות אלו הן יחס הספק בערוץ סמוך (ACPR) ודיוק האפנון.

מדידות מדויקות של יחס ACPR יכולות להיות מאתגרות אם משתמשים בנתחי ספקטרום מהסוג הישן. לנתחי הספקטרום המודרניים נוספו תכונות שהופכות את ביצוע המדידות לקל יותר, ואת המדידות למדויקות יותר. מיצוע של RMS משמש כדי לבטל שגיאות שמתרחשות בעת מיצוע בסולם לוגריתמי. נעשה שימוש גם בגלאי של ממוצע, מפני שהוא מודד באופן מדויק צורות גל עם מאפיינים דמויי רעש. בנוסף לשתי תכונות ליבה אלו, נתחי ספקטרום מודרניים מציעים גם יכולת של מדידה בהפעלת לחצן יחיד למען ביצוע קל של מדידות עם הדירות ועם תאימות לתקנים.

מדידות דיוק אפנון הפכו אף הן לבעלות ערך רב באפיון מגברים, מפני שהן מייצגות סיכום של כל הפגמים באותות. מדידת דיוק האפנון הנפוצה ביותר היא גודל וקוטר השגיאה (EVM), שהיא ספרת ערך (Figure of Merit) כמותית שמייצגת באופן ספרתי את איכות האותות המאופננים. ביישומים שונים אפשר להשתמש במושגים שונים, למשל, המושג ‘שגיאת מערכת יחסית’ (Relative Constellation Error – RCE) שמשמש ביישומי WiMAX או ‘יחס שגיאות אפנון’ (Modulation Error Ratio – MER) שמשמש ביישומים של טלוויזיה בכבלים, אבל המדידה הבסיסית זהה בעיקרה – ההפרש בין האות הנמדד לבין ייחוס אידיאלי.

בביצוע מדידות אלו, הנתח יוצר אות ייחוס על ידי פענוח האפנון של האות הנמדד ושחזור של הסימנים המיועדים (intended symbol). לאחר מכן הוא חוזר ומאפנן את האות באופן מתמטי, כדי ליצור אות ייחוס אידיאלי. הגודל EVM הוא ווקטור התוצאה שנוצר בין שני האותות, והוא מייצג את שגיאת המשרעת (אמפליטודה) ואת שגיאת המופע (פאזה). בדרך כלל, הוא מבוטא כאחוזים משיא האות האידיאלי. עבור אותות כגון CDMA, OFDM או QAM, האות הנמדד מוצג באמצעות גרף I/Q קוטבי או כתרשים מערכת (קונסטלציה), כמו זה המוצג באיור 1, והערך EVM הוא ערך מחושב.

אפיון של צורות גל ספרתיות מרוכבות מבוצע לא פעם על פי מודל בדיקות בתקן תעשייתי, אשר מגדיר את התדירות המרכזית, את רוחב הפס של הערוץ, את מספר האותות הנושאים, את מספר הערוצים הפעילים ועוד כמה פרמטרים נוספים שמפרטים את מבנה האות הספרתי. מנקודת מבט של המגבר, פרמטרים אלו מבטאים את עצמם בפילוג ההספק. פונקצית הצטברות הפילוג המשלימה (CCDF) מגדירה את הסטטיסטיקה של אות בדיקה ומגדירה את ההסתברות של האות לחריגה מסף הספק מוגדר.

בחירת מגברי MMIC בעלי ליניאריות גבוהה לשימוש בצורות גל ספרתיות מרוכבות

התצורה של צורות גל ספרתיות נעשית באמצעות תכנת Signal Studio™ של Keysight, וצורות גל אלו נוצרות באמצעות מחולל האותות הווקטורי N5182A MXG של Keysight. מדידות הדיוק של הספקטרום ושל האפנון מתבצעות באמצעות נתח האותות הווקטורי N9020A MXA אשר מספק מגוון של מדידות שונות. עם זאת, כפי שתואר קודם לכן, פרמטרי הבדיקות הנפוצים ביותר בשימוש הם ACPR ו- EVM.

סיכום של הביצועים על פני טווח של הספקים במוצא הוא אמצעי אידיאלי לעריכת השוואה ולבחירה של מודל. מדידות אלו בוצעו באופן אוטומטי באמצעות אותו ציוד, כדי לשנות באופן רציף (sweep) את ההספק בכניסה. עם זאת, מאחר שלכל מגבר יש הגבר שונה, כל המדידות יוחסו להספק במוצא ההתקן. ביצועים ביחס לאותות LTE ו- DOCSIS שנמצאים בשימוש נפוץ מוצגים באיור 2 ובאיור 3.

בחירת מגברי MMIC בעלי ליניאריות גבוהה לשימוש בצורות גל ספרתיות מרוכבות

כל מגברי י MMIC בטכנולוגית E–PHEMT כבר מאופיינים באמצעות צורות גל שנוצרות בעזרת ציוד מדף. אפשר בקלות להרחיב את היכולת הזו לשיטות רבות של אפנון ספרתי, למשל WCDMA, CDMA–2000, WiMAX, EDGE, DVB–T ועוד. במקרה של הרחבה נוספת של הספקטרום ובמקרה של דיוק אפנון, קיים הבדל ניכר לעין בין הסדרות PSA, PMA ו- PHA. ההבדל צפוי, בהתבסס על נתוני הדחיסה של 1 dB ונתוני נקודת המפגש של המודלים השונים. עם זאת, אין אפשרות למצוא מתאם ישיר בין ביצועי הדחיסה או ביצועי האפנון ההדדי של שני טונים לבין הרחבה נוספת ספקטרלית או לדיוק האפנון. לכן, בעת שימוש במגברים בעלי טווח דינמי גדול בתוך מערכות תקשורת ספרתית, עם אותות מרוכבים בעלי יחס גבוה בין השיא לממוצע, האמצעי המתאים לקבוע את התרומה לשגיאת המערכת ולירידה באיכות הספקטרלית ולבחור במגבר המתאים, הוא מדידה ישירה באמצעות צורות גל ומערכות מדידה דומות לאלו המתוארות במאמר זה. 

מאמר זה הופיע לראשונה בגיליון 2010 של High Frequency Electronics. תיקונים שוליים בוצעו על מנת לעדכן את התוכן בפרסום זה.

Liked this article? Please share it!

Share on linkedin
LinkedIn
Share on facebook
Facebook
Share on whatsapp
WhatsApp
Share on telegram
Telegram
Share on email
Email