Променљиви атенуатор: типови и употреба

A променљиви атенуаторје пасивна или активна РФ/микроталасна компонента дизајнирана да смањи амплитуду сигнала за контролисану количину уз одржавање прихватљивог подударања импедансе у свом радном опсегу. За разлику од фиксних пригушивача, који обезбеђују један унапред одређени губитак уметања, променљиви пригушивачи дозвољавају подешавање-било континуирано или дискретно-нивоа слабљења у распону обично од-нуле до 30 дБ или више, у зависности од топологије и захтева апликације. Уређај налази критичну примену у петљи за аутоматску контролу појачања, регулацији снаге предајника, проширењу динамичког опсега пријемника и инструментацији за тестирање где је неопходна прецизна манипулација нивоом сигнала.

Бићу искрен: први варијабилни атенуатор који сам унео у дизајн био је катастрофа. Не зато што је део био лош-табела је изгледала савршено. 0.5 дБ кораци, опсег од 31,5 дБ, ДЦ до 4 ГХз. Оно што лист са подацима није нагласио је варијација губитка уметања на температури. Градили смо спољну јединицу за бежични бацкхаул систем. Летње тестирање је прошло добро. У јануару у Минесоти, ствар је била мања од 1,8 дБ при максималном слабљењу. АГЦ петља је полудела покушавајући да компензује.

Лекција нас је коштала окретања даске и шест недеља. Сада проверавам три ствари пре него што уопште погледам опсег слабљења:

Губитак уношења при минималном стању слабљења. Ово је ваша основна казна-коју плаћате све време.

Делта губитка при убацивању у целом температурном опсегу. Закопано на 14. страници листа са подацима, обично.

ВСВР атсвестања слабљења, а не само она која су-изабрали за насловну страну.

Све остало је споредно.

Већина РФ инжењера прво посеже за пригушивачима ПИН диода, и то са добрим разлогом. Физика је елегантна: убризгајте струју у унутрашњи регион, проводљивост се повећава, РФ отпор опада. Окрените пристрасност и добићете високу импеданцију. Повежите неколико њих у пи или тее мрежу са одговарајућим подударањем, и имаћете континуирано променљиво слабљење контролисано једносмерним напоном или струјом.

Фреквенцијски опсег је заиста импресиван. ДЦ до 40 ГХз је могуће постићи добрим дизајном. Неки специјализовани делови прелазе 50 ГХз. Скиворкс СКИ12347-362ЛФ, који сам користио у вероватно десетак дизајна, покрива ДЦ до 6 ГХз са опсегом од око 32 дБ. Чврсти део. Није узбудљиво, али солидно.

Ево шта вам не кажу у напоменама о примени: ПИН диоде имају меморијски ефекат на ниским фреквенцијама. Испод око 10 МХз, ускладиштено пуњење у интринзичном региону не брише се довољно брзо између РФ циклуса и ваше слабљење постаје-зависно од нивоа сигнала. Видео сам скок изобличења трећег{4}}реда за 15 дБ у дизајну који је требало да ради од 1 МХз до 2 ГХз. Решење је било додавање филтера високих{9}}пропустљивости на улазу{10}}што архитекта система није био задовољан.

Температурни коефицијент је друга ствар. Тренутни-контролисани ПИН пригушивачи се померају јер се отпор диоде-у односу на-крива струја помера са температуром. Верзије са{5}}контролисаним напоном су нешто боље, али нису имуне. Буџет 0,02-0,05 дБ/ степен за потребе планирања. У апликацији за прецизно мерење, то није занемарљиво.

Variable Attenuator

Потпуно другачија животиња. ДСА се пребацују између фиксних сегмената атенуатора користећи ФЕТ или МЕМС прекидаче. Шаљете паралелну или серијску дигиталну реч, а део бира која комбинација отпорних јастучића се налази на путу сигнала.

Добро: поновљивост је изузетна. Држава 01101 вам даје исто слабљење данас, сутра и следеће године. Монотоност је загарантована дизајном-сваки бит додаје свој одређени прираст. Брзина пребацивања се креће од наносекунди (ГаАс ФЕТ) до микросекунди (МЕМС), довољно брзо за контролу снаге ТДМА рафала.

Лоше: заглавили сте са дискретним корацима. 6-битни ДСА вам даје резолуцију од 0,5 дБ, што звучи добро док вам не затреба 7,3 дБ и морате да изаберете између 7,0 и 7,5. У АГЦ петљи, ова квантизација ствара граничне циклусе. Петља заувек лови између две државе, никада се не зауставља. „Решио сам“ ово додавањем малог-аналогног ВВА опсега после ДСА сировог, али ради.

Ружно: Грешке током прелаза битова. Када се ДСА пребаци са 01111 (15,5 дБ) на 10000 (16 дБ), постоји тренутак-можда 5 нс, можда 50 нс-у којем су интерни прекидачи између стања и слабљење иде негде недефинисано. Обично ниже од било које крајње тачке, што значи да шиљак снаге погађа ваше даље појачало. ПЕ43711 из пСеми-ја ово решава боље од већине са архитектуром{12}}мање грешака, али то није магија. Још увек постоји пролазна енергија.

6-битни атенуатор са 0,5 дБ ЛСБ даје опсег од 31,5 дБ. Прилично стандардно.

Зашто онда постоје 7-битни делови? Два разлога. Прво, финија резолуција: кораци од 0,25 дБ вам омогућавају да прецизније смањите системски добитак. Друго-и ово је мање очигледно-додатни бит се може користити за редундантност. Неки произвођачи вам дозвољавају да изаберете између коришћења свих 7 бита за кораке од 0,25 дБ или коришћења 6 бита за кораке од 0,5 дБ са 7. битом као "финим трим" који компензује целу криву. Згодно за компензацију{14}}одступања од дела до дела у производњи.

Перегрине (сада пСеми) је био пионир УлтраЦМОС процеса који је омогућио силицијумске ДСА високих{0}}перформанси. Пре тога, ако сте желели озбиљан пропусни опсег, куповали сте ГаАс, што је значило $$$ и напајање од 5В. ПЕ4312 и његови потомци донели су ДСА од 50 ома на 3,3 В ЦМОС земљу. Променио економију многих дизајна.

Микроелектромеханички системи су обећали да ће револуционисати РФ слабљење. Мали физички прекидачи, у суштини савршени када су затворени, у суштини отворени када су отворени. Нема полупроводничких паразита. Охмски контакт.

Теорија се држи. МЕМС атенуатори постижу губитак уметања и линеарност које силицијум не може да додирне. Аналог Девицес АДРФ5720 ради на 40 ГХз са губитком од 1,5 дБ. Пробајте то са ФЕТ прекидачем.

Али-и ово је велика, али-поузданост остаје спорна. МЕМС прекидачи се физички померају. Покретни делови се истроше. Произвођачи тврде милијарде циклуса, а у бенигним лабораторијским условима вероватно их добијају. У примени са термичким циклусом, влажношћу, вибрацијама? Ја сам скептичан. Видео сам тачно један МЕМС атенуатор у производном дизајну на којем сам радио, и то у инструменту за тестирање где је брзина пребацивања била можда неколико пута у секунди. За ћелијску базну станицу која ради хиљаде подешавања снаге у секунди... питајте ме поново за пет година.

Ту је и проблем са паковањем. МЕМС уређајима је потребно херметичко заптивање или влажан ваздух улази и ствари кородирају или се лепе. Херметички пакети коштају новац. Целокупна понуда вредности почиње да се колеба када ваш „Мемс дие од 15 УСД“ дође у „херметичком паковању од 8 УСД“ са „ценом монтаже од 12 УСД“.

Variable Attenuator

Идите у било коју лабораторију за РФ тестирање и наћи ћете пригушиваче са ротационим лопатицама у линији за калибрацију. Ове таласоводне звери-физички ротирају отпорну картицу да би промениле количину сигнала које она пресреће-нуде прецизност са којом се електронски пригушивачи боре да упаре.

Веинсцхел 953 серија. Хевлетт-Пацкард 355Ц/Д (да, ХП, не Агилент или Кеисигхт-ове ствари су толико старе и још раде). Фланн Мицроваве-ове прецизне таласоводне јединице. Тешки су, спори, скупи и апсолутно верни. Када вам је потребна референца од 40 дБ тачна до ±0,1 дБ од 18 до 26,5 ГХз, не посежете за полупроводником.

За употребу на клупи, ручни степенасти пригушивачи са клик-точкићем за заустављање остају необично релевантни. Стари Каи 1/839 може се купити за 50 долара на еБаи-у и пружа кораке од 1 дБ до 79 дБ са бољим подударањем од већине интегрисаних ДСА. Интерконекције додају губитак који ћете морати да калибришете, али за брзе експерименте, савршени су.

Ја држим ЈФВ 50Р-142 у фиоци свог стола. Фиксни коаксијални од 50 ома, називни ДЦ-2 ГХз, кораци од 0 до 110 дБ у корацима од 1 дБ. Прекидачи су стварне прецизне мреже отпорника, а не полупроводници. Направљен је као тенк и наџивеће ме.

Другачији свет. У системима са влакнима, слабљење се управља на оптичком слоју, а механизми су фасцинантни.

ВОА засновани на МЕМС{0}}имакористите нагибно огледало. Светлост долази из улазног влакна, удара у огледало, одбија се према излазном влакну. Нагните мало огледало и нешто светла промаши излазно језгро. Нагните га више, више светлости недостаје. Аналогно управљање, разумна брзина, одлична поновљивост. ДиЦон МЕМС ВОА је у суштини био индустријски стандард деценију.

ВОА са течним кристалимаискористити поларизацију. Течни кристал ротира стање поларизације пролазне светлости; поларизатор тада слаби на основу угла ротације. Без икаквих покретних делова. Спорије од МЕМС-а, али механички отпорно на метке.

Постоји такођеваријабилна влакнаста Брегова решеткаприлази иелектронски-контролисана апсорпцијау специјалним влакнима, али то су ниша. Већина телекомуникационих ВОА на које ћете наићи су МЕМС или ЛЦ.

Губитак уметања је овде веома важан јер сте често у ланцу појачаних распона. Сваких 0,5 дБ које потрошите у ВОА је 0,5 дБ ОСНР-а који никада нећете добити назад. Добри МЕМС ВОА постижу ИЛ испод 0,8 дБ; јефтини достижу 1,5 дБ или горе.

Неколико ствари које бих волео да ми је неко рекао раније:

Усклађивање атенуатора са импедансом система није опционо.

Да, ваш ДСА је „оцењен за 50 ома“. Али ако су далеководи ваше плоче заправо 52 ома зато што је ваш скуп дошао ван циља, видећете таласање у С21 преко фреквенције које ће вас довести до лудила током карактеризације. Ово није грешка атенуатора.

Спецификације за управљање напајањем претпостављају савршено расхладно тело.

Оцена "1В мак инпут" је измерена са плочом за процену причвршћеном за алуминијумски блок. На вашем стварном ПЦБ-у са 1 оз бакра и без термичких вијаса? Вероватно сте сигурни на 0,4В. Можда.

Контролни интерфејс је важнији него што мислите.

ДСА са паралелним-интерфејсом треба 6-7 ГПИО. Ако је ваш микроконтролер ГПИО-ограничен, сада додајете регистар померања или И²Ц експандер. ДСА-и серијског интерфејса избегавају ово, али додају кашњење. У брзој АГЦ петљи, то кашњење може бити важно. Проверите временске дијаграме.

Белешке о апликацији добављача пишу људи који желе да вам продају делове.

Показују златну таблу, савршен распоред, идеалне услове. Ваша километража ће варирати. Прочитајте белешку апликације за концепте, а затим проверите сопственим мерењима.

Ово нису препоруке-Немам никакав финансијски однос ни са једним произвођачем-већ запажање из испоручених верзија.

ЗаДСА испод 6 ГХз: пСеми ПЕ43711 (31,5 дБ, кораци од 0,25 дБ, отпорни- на грешке) или јефтинији ПЕ4312 (31,5 дБ, кораци од 0,5 дБ). Оба раде. Обојица имају необичне. Оба имају довољно тржишне историје да је грешка позната.

Законтинуирано слабљење (ВВАс): Мини{0}}Серија ЗКС76 када то буџет дозвољава. Скиворкс СКИ12347 када није. Ни једно ни друго није савршено на температури. Планирајте у складу са тим.

Заhigh frequency (>20 ГХз): Искрено, зовем произвођача и разговарам. И Аналог Девицес и Корво имају делове, избор је оскудан, а „прави“ избор у великој мери зависи од ваших специфичних захтева. Ово није потрошачка електроника-на милиметарском таласу, све је прилагођено.

Заоптички телеком: ДиЦон и Агилтрон су били поуздани. ЈДС Унипхасе (сада Виави) прави добре ствари, али линије производа су се распарчале кроз различите аквизиције. Проверите ко заиста сервисира део сада пре него што га извршите.

ЕСД убија полупроводничке атенуаторе. Ово није вест. Оно о чему се мање говори: неуспех може бити суптилан. Видео сам делове који и даље "функционишу" након ЕСД догађаја, али имају деградирану линеарност или померену калибрацију слабљења. Ако ваш систем изненада не прође ЕМЦ тестирање шест месеци у производњи, а нисте ништа променили, проверите пригушивач. Нарочито ако је ваша монтажна кућа променила процедуре руковања.

ПИН диоде отпуштају грациозно-слабљење се помера, изобличење се повећава-али ретко умиру изненада. ФЕТ прекидачи у ДСА-има тешко пропадају. Један прекидач кратког споја, ваше слабљење је погрешно за 4 дБ, и осим ако то не надгледате, систем се само мистериозно понаша.

Кварови МЕМС-а имају тенденцију да буду "заглављени" кварови. Прекидач престаје да се укључује. У зависности од тога на којој позицији стоји, добијате или мртав канал или трајно-на путањи. Опрему за тестирање са МЕМС атенуаторима треба редовно вежбати; прекидачи који седе у једном положају месецима могу развити "притисак".

Нисам озбиљно радио сана бази феритапроменљиви атенуатори. Теорија је кул-магнетно-подешена апсорпција-али делови које сам видео су велики,{4}}захтевни (електромагнету је потребна струја) и ограничени на имплементације таласовода. Можда постоје апликације где су идеалне. Ја се лично нисам сусрео са једним.

На бази графена{0}}атенуатори постоје у академској литератури. Наводно подесивост долази од варирања Фермијевог нивоа, а тиме и проводљивости. Верујем да је-спреман за производњу када га Диги-Кеи набави.

Има и посламатеријале за{0}}промену фазеза РФ пребацивање и слабљење. Идеја је да се одређени материјали могу пребацивати између аморфног и кристалног стања коришћењем термичких импулса, са драматично различитим РФ особинама у сваком стању. Рани дани.

Дакле, то је пејзаж какав ја видим: ПИН диоде за аналогну контролу, ДСА за дигиталну прецизност, МЕМС за када су вам потребне апсолутно најбоље спецификације, механички за калибрацију и метрологију, оптички за системе са влакнима. Сваки има компромисе. Ниједан није универзалан. Најбољи инжењери које познајем бирају технологију на основу онога што могу да толеришу квар, а не само онога што најбоље функционише првог дана.

Ако узмете једну ствар из овога: тестирајте на температури. Тестирајте на угловима опсега слабљења. Тестирајте на фреквенцијама до којих вам је заиста стало, а не само на томе где лист са подацима изгледа најлепше. Део који савршено ради на 25 степени и 1 ГХз може вас издати на -20 степени и 5,8 ГХз.

Питај ме како знам.