程控电压衰减器（慧智微射频问答群问答汇总）

程控电压衰减器（慧智微射频问答群问答汇总）

上期精彩问答投票结果公示


有关PA输出功率及可靠性的讨论；


投票占比38%


欢迎对本期的精彩回答投票，我们将对最精彩的回答送上小小的礼物。以表示对作者无私技术奉献的感谢。


本文中回答均由各位射频从业者们自发讨论回复，回答之中不免有错误疏漏，也欢迎大家批评指正。


01 有关PA功率回退时ACPR恶化的问题


Q：


请教一下，砷化镓功放，小功率时ACPR有时候反而不好，是什么原因啊?


A：


偏置电压对不，bias对不? 多小的功率？


Q：


嗯，对的。大信号ACPR满足要求；20、21、22dBm。


A：


测试过源自己的ACPR吗？之前测试的时候感觉可能和频谱仪内部程控衰减器有关，几个dB衰减一个循环。


Q：


嗯，排除外部测试环境问题。我猜想是末级的偏置电阻问题。或者前一级输出阻抗匹配不合适？


A：


小功率时偏置电压也低，VCC小所以ACPR可能会更差。我这么理解的。


A：


”20、21、22dBm“


这个功率等级应该就是前面几位提到的，回退的时候AMAM不平导致。可以适当增大些静态电流试试。


Q：


为什么会出现功率回退AMAM不平？


A：


bias电路的Retification 效果会影响功率回退的AMAM


Q：


嗯，这个电阻仿真的时候，确实可以看到对amam影响，可这个电阻又会影响到管子散热，尤其是wifi，5V，静态时电流就突变。


A：


”请教一下，砷化镓功放，小功率时ACPR有时候反而不好，是什么原因啊?“


ACPR的组成有两部分，一是噪声，二是非线性产物，首先要确定小信号时是噪声占主体还是非线性占主体。


因为你说的是小信号，所以也不知道小到什么程度，但大概率还是非线性引起的。非线性并不一定是增益压缩引起，增益扩张也会引起，所以重点关注一下自己的增益随功率变化曲线。如果增益曲线很平，那就先办法测一下AMPM，但是砷化镓AMPM应该是还可以的，一般不会太差。


A：


如果是偏置较低的话，小功率输入时候由于开启功率不足，线性度是不太好的，随着输入功率的增加，管子通过功率补偿的偏置，会使管子工作在线性区，这时候互调会有一个比较好的状态。


Q：


那能不能通过调整前一级输出阻抗，把前一级输出功率抬高？


A：


互调一般不都是看一段功率范围吗？从小功率到大功率应该是有差异的吧，你可以调整偏置，使他在你需要的区间内比较好吧。


Q：


你描述的是板级功率管调试？


A：


只要是管子，特性应该一致的吧，板级的核心也是管子，只是匹配不一样吧。


Q：


嗯，是的，其实我是一直想能不能通过前一级的输出功率的调整，来弥补末级里面偏置电阻过大带来的这种影响。因为，后面碰到wifi5v供电，发热的厉害。静态电流会突变，如果那个偏置电阻过小的话。


02 有关毫米波相控阵天线效率问题


Q


：关于慧智微这篇文章《


今年，是时候了解 “毫米波相控阵”了


》，我有个问题请教下，相控阵是通过对齐相位实现某个方向上能量的最大化，那对于每个单元阵列来说，它们还是往其他方向发射了能量的，所以从能量效率的角度来说，相控阵并没有比用单个高增益定向天线更高的效率对吗？


A：


相同阵列口径下，相控阵天线的辐射效率可能不比单天线的辐射效率高。 相控阵天线的优势是输出功率是在空间合成的，不存在功率合成网络的馈线损耗，比较适合半导体器件这类单个器件输出功率比较低但是易于阵列化的应用。


03有关GaN功放自激问题


Q：


请教一下群里的专家，分立功放GaN芯片，栅极加电的时候在工作频带以上出现自激信号，栅极电流在100多mA时正常，再继续调整栅极电流直接跳到500mA，在7.3G出现自激信号，有没有好的办法消除自激？如果静态100mA进行测试，功放也能正常测试，随着扫描功率7.3G附近还是有自激信号。感谢。


A：


一般是电路的问题，如果直流就自激了可能需要在馈电线上加电阻。


Q：


氮镓hemt应该没有栅流；频谱仪看，有明显自激信号；栅极加过2.7 /5.6/ 18，没改善。Doherty pa opt 和Zmod两种状态都有自激信号。


A：


先看单路吧，单路要先稳定。


Q：


嗯，已经在单路debug，此时两种输出匹配，负载阻抗位置差别比较大，仍然有自激信号。


A：


只能说稳定性不太好，在圆图上很大的区域都不稳定。


Q：


嗯，之前loadpull没太发现，可能静态会有点偏差；下午再换颗管子，重新焊接看看。


调整栅极电压，漏级电流从100多mA，跳到500mA。


A：


这种典型现象应该是自激了。


A：


你的工作频率应该不低，要不然一般的管子不会在7.3G自激，因为一般的匹配是带通，即整个PA只是在使用频段左右有增益，你现在在7.3G自激，那说明你得使用频段距离7.3G不愿，所以7.3G会有增益，会有自激，这个时候没有别的好办法，用电阻吸收，确保管子稳定；如果你的使用频段距离7.3G很远，那么就不是电路引起的自激，而是你得Die引起的偶模自激，即两个Die并联在一起因为相位差引起的，这个时候7.3G是你振荡器来的真实频率的二次谐波，这个时候要在两个并联Die之间加电阻或者打金线，如下图：




上传中
Q：


谢谢指点，刚刚再加电频谱仪上没看到自激信号了，昨天一直有,挺奇怪的。现在静态可以加到220mA稳定的。所用频段大概在5G,我再调试再持续关注一下。非常感谢。


A：


这种…就是玄学，我以为只有我遇到过，可能…就是接头或者缆没接好吧。


Q：


搞不清，我再持续关注一下。


A：


焊接接地不好也会这样，对于PA来说，除了性能以外，要多关注组装和散热的事情。


Q：


好的，正好输入板子也有点问题，重新焊接一块再验证一下。


04 有关GaN功放栅极电流的讨论


Q：


请问GaN功率管的反向栅电流怎么理解呢？谢谢！


A：


就是因为栅极是负压，所以栅极电流是从管子往外流。


Q：


哦，那就是栅极电流始终只会从管子往外流了，我以为反向栅流是与正常栅电流方向相反呢。


A：


正向 反向 ；出栅 进栅


Q：


谢谢！老师，那是说管子内部电压比外部给的栅电压更低吗？


A：


射频功率冲击到饱和功率的时候，栅流从负变正。


Q：


我也是看到类似的描述了。


A：


就是叠加输入的射频交流信号过大的时候。


Q：


好像明白了，谢谢。


Q：


反向栅流是栅极电压接近栅极二极管的阈值电压的时候的电流吧？信号大的时候才有，电流是进栅的吧。


Q：


那这个时候外部给的栅极电压不会变吧？


A：”


反向栅流是栅极电压接近栅极二极管的阈值电压的时候的电流吧？“


不对哦，栅极相当于肖特基二极管，负压的时候二极管截止，只有反向漏电，正压的时候二极管导通，正向电流快速增大。


外部电压不会变。


Q：


我在想，考虑GaN接近饱和时的反向栅流，那就需要一个既能灌又能拉的栅极电源，所以用了运放，考虑运放稳定那就需要在运放输出串一个电阻，但这个电阻在栅极电流大时又会影响栅极电压。


怎么能有一个稳妥的办法呢？


A：


1.接近饱和栅流为正向；2.看你的射频信号是啥模式？如果是峰均比信号，不太用考虑这个问题，用0-50欧姆电阻影响不大。


Q：


1.这个正向电流也会因为栅极串这个电阻而影响栅极电压吧?


A：


是的。


A：


如果单音信号，只能用驱动能力强的运放，如果脉冲，需要看脉冲信号具体情况，


Q：


之前看到雷达上，脉冲体质AB类功放推饱和使用没见到有加运放，还是直接用LDO给的栅压也没见有问题的。10％占空比，10us脉宽。


A：


如果你是10us：1000um脉冲，肯定没问题不用运放。


10％占空比，10us脉宽这个问题也不大


Q：


这个怎么理解呢？


A：


平均栅流很小，LDO能带起来。


Q：


那反向的栅极电流大的话，LDO能吸收吗？功放会不会不稳定。


A：


正向，不是反向喔，l你给的这个脉冲，可以吸收。


Q：


LDO对反向的电流处理好像不太行，我看了一些datasheet。那就是对于负压输出的LDO能流出吗？


A：“


不对哦，栅极相当于肖特基二极管，负压的时候二极管截止，只有反向漏电，正压的时候二极管导通，正向电流快速增大”


所以栅极电压增大超过阈值电压的时候，二极管有正向电流，反向电流这个对电源要求比较高，而且这个峰值电流还是比较大的，尽量避免这种情况比较好。


A：”


我在想，考虑GaN接近饱和时的反向栅流，那就需要一个既能灌又能拉的栅极电源，所以用了运放，考虑运放稳定那就需要在运放输出串一个电阻，但这个电阻在栅极电流大时又会影响栅极电压。“


小伙子，不得不说，你这个问题思考很有水平，在TI官网有一个集成了ADC和DAC，专门用来给GaN栅极供电的，去看一下原理你就明白怎么实现既有灌电流又有拉电流，非常非常好的问题和思考。


型号是AMC7836 或者AMC7834


栅极供电部分的控制处理要非常小心，两个方面，一是供电带载能力，如你所述的拉电流和灌电流；二是响应时间，因为TDD模式下是需要不管开关PA，即控制栅压，这个时候站在栅极供电电源的角度来说，它的负载是不断变化，所以你要确保你供电部分的响应时间要跟得上你TDD的时间，要不然会出现栅极电压不稳定的现象。


对于第二部分，可以在电源和栅极之间加一个跟随器（放大倍数为1的运放），起到隔离作用。


再次称赞一下，你的问题和思考非常好，PA是射频里面最复杂的部分，你要懂得电源处理，时许控制，结构处理，热处理，射频信号处理等等，基本上就是整个射频系统，所以做PA的人很适合做系统工程师。




上传中
研究一下DAC原理，你就可以实现拉罐电流同时存在的情况。


Q：


感谢！


A：


7384还需要一个额外的负电源，请问这个一般在系统里由什么芯片供？有没有型号推荐？


A：


不好意思，我不记得这个负压芯片的型号了，是一个负压DCDC，只要考虑到两个方面，一是GaN需要的负压，以及DAC转换过程中产生的压降（DAC能输出的最大电压）。


05 有关VCO Pulling问题讨论


Q：


想请教一下大家，VCO pulling的问题，片内PA的电感和VCO的电感距离如何评估，发射20dBm。除2架构。


A：


具体距离跟你的频率有关，VCO既是干扰源又是被干扰源，可以通过建模仿真一下，一般隔离度大于30dB问题不大。


Q：


谢谢，2.4G，有这方面经验的吗？


A：


是这样哈，完全没有pulling这个是不可能的，得看你得指标要求是多少，才能得到你得电感隔离度要做到多少。


虽然都是wifi芯片，但是不同厂家指标也不一样，指标越好要求你隔离度越高，那么距离就越远。


因为不知道你得版图面积的尺寸要求；所以这个得你自己把握哦。


Q：


请教下老师，这个pulling对性能的影响能仿真评估大致量化出来吗，还是说通常依靠经验来啊？


A：


这个很难仿真，首先隔离这个指标很难量化。


A：


我的理解


：


这个可以测出来，对于VCO来说，它的负载变化时会出现再次锁定的状态，简单的说，VCO负载的变化会导致它存在失锁到重新锁定的过程，因为系统上电的时候是有上电顺序，VCO比PA先上电，VCO锁定后系统会得到指令来上PA的电，这个过程相当于VCO负载在发生变化。


有专门用来测这个的仪器，型号忘记了，但是用频谱仪也可以测。


要解决这个问题有几个办法，一是增加VCO和PA之间电源的隔离度；二是增加VCO和PA之间的射频隔离度。


06 有关不同Class PA中，P1dB与OIP3关系的讨论


Q：


各位老师，请问一下，不同class的PA，他们的P1dB和OIP3应该怎么比较？书本上面都是按照class A来进行分析的，那么class B/AB/C/D/E/F PA呢？谢谢


A：


IIP3比单音P1dB高大约9.6dB，好像跟管子类型无关吧？


Q：


不可能吧，其他class会涉及到失真，其他class的OIP3相比class A会快速恶化？


A：


其他class的PA也能做高线性，线性好OIP3就好吧，你的意思是A类是线性的所以OIP3最好吗？


Q：


我感觉是，但是有点虚，所以向群里面各位大神请教模型推导或者ads仿真。是否也能够用那个非线性展开公式来描述呢？只是不同class PA的展开系数不一样？


A：


级数系数不同，有本书你看吗，也许能帮你理解。




上传中
Q：


谢谢。


A：


和class应该没关系吧？展开公式本身就是在小信号模型下级数展开的，但是9.6dB是在二次谐波系数（不确定是二次还是三次，可以查书确定）为负数的情况下出来的，有的管子系数不是负的吧，这样公式就不成立了。


A：


不是负数这个管子输出就有点吓人了吧。那就有1dB扩张点了。


Q：


其实，我最后是想知道，不同class PA的AMAM，AMPM特性的异同点；我想从PA模型级数展开会比较好入手一点；


A：


我理解管子处于什么状态和你加的静态有关也和你此时的输入信号有关，信号很小时即使偏置在class AB也和A类是一样的，信号很大时即使你偏置在A类，波形也会失真，OIP3只是一个虚拟的点，当波形出现失真时除了基波以外，谐波也会很大，当基波等于三次谐波时的输出就是OIP3，此时输出波形已经严重失真，和你偏置是class AB或者classA已经关系不大了。不同偏置下AMAM都呈现压缩的特性，只不过增益和饱和功率以及压缩的快慢会有差异。


Q：


感谢老师。从饱和功率这一点来说，怎么来比较不同class的特点呢？TX追求的就是在相同功耗下，饱和功率越高越好吧？


效率越高，代表能够达到的饱和功率越大了。


A：


老师谈不上，互相交流，ab类的输出功率的能力＞a类＞b类＞c类，具体可以看下cripps的书，有专门从波形理论分析告诉你为啥是这样。


Q：


请教下PA什么情况下应用只需要考虑饱和功率，不需要考虑线性度？


A：


TX P1dB和Psat之间的距离空间，就是dpd能够发挥作用的空间了。自然这个空间越大越好。


A：


每个PA应用环境不同，与调制方式有关。比如2G的恒包络调制就只关心饱和功率。


A：


对，PA引入的是am失真和pm失真，如果你的有用信息对幅度及相位的失真不敏感就完全可以让PA工作在饱和状态下。


Q：


好的；国内的书，还真是差了一截；只是比较了不同class PA的效率；但是更深入一点的就停了，没有讲通讲透。


这期中的问答哪个是您心目中最精彩的呢？欢迎留言讨论~