Широкополосные и сверхширокополосные СВЧ усилители корпорации Hittite Microwave (продолжение)

Сверхвысокочастотный усилитель-драйвер

Сверхвысокочастотный усилитель-драйвер HMC-AUH256-DIE (рис. 10) имеет полосу частот от 17,5 до 41 ГГц. Эта микросхема выполнена на арсенид-галлиевых (GaAs) полевых транзисторах с барьером Шоттки в качестве затвора. Коэффициент усиления схемы Gain=21 дБ, максимальная выходная мощность сигнала +20 дБм, напряжение питания +5В и потребляемый ток до 295 мА. Размер кристалла микросхемы 2,1х0,92х0,1 мм.

Рис. 10. Сверхвысокочастотный усилитель-драйвер HMC-AUH256-DIE

Частотная зависимость коэффициента усиления показана на рис. 11.

Рис. 11. Частотная зависимость коэффициента усиления усилителя-драйвера HMC-AUH256-DIE

Конструкция усилителя с микросхемой HMC-AUH256-DIE, выполненного на печатной плате, представлена на рис. 12. В усилителе применены малогабаритные бескорпусные компоненты.

Рис. 12. Конструкция усилителя с микросхемой HMC-AUH256-DIE, выполненного на печатной плате

Малосигнальные усители Hittite Microwave

Компания Hittite Microwave выпускает ряд широкополосных и сверхширокополосных малосигнальных усилителей с нормированным коэффициентом шума. В них также действует общая закономерность – чем шире полоса усиливаемых частот, тем меньше достижимое усиление. Максимальным усилением обладают усилители, имеющие реактивные цепи согласования импедансов (полных сопротивлений) входа и выхода с их цепями, входящими в состав усилителя. В сверхширокополосных усилителях особое внимание (наряду с собственно расширением полосы) уделено организации подключения входа и выхода микросхем к их выводам и ВЧ-разъемам. Для описания таких микросхем обычно используется система S-параметров.

На рис. 13 показана функциональная диаграмма  СВЧ микросхемы HMC-ALH509 с полосой усиливаемых частот от 71 до 86 ГГц при малосигнальном коэффициенте усиления 15 дБ. Уровень максимальной выходной мощности этой микросхемы 15 дБм. Зависимость коэффициента усиления микросхемы HMC-ALH509 от частоты показана на рис. 14. В рабочей полосе частот неравномерность этой зависимости не превышает 3 дБ.

Рис. 13. Функциональная диаграмма СВЧ микросхемы HMC-ALH509

Рис. 14. Зависимость коэффициента усиления микросхемы HMC-ALH509 от частоты

Пример построения сверхширокополосного усилителя на микросхеме HMC-ALH509 дан на рис. 15.

Рис. 15. Пример построения усилителя на микросхеме HMC-ALH509

У сверхширокополосных усилителей с полосой в единицы-десятки ГГц приходится тщательно оптимизировать их конструкцию и выбор применяемых материалов. Сигнальные цепи обычно выполняются согласованными и 50- или 75-омными. Все цепи питания должны иметь цепи блокировки с помощью конденсаторов с очень малой индуктивностью выводов. На рис. 16 показаны два способа подключения выводов микросхем к проводникам печатной платы разной толщины.

Рис. 16. Обычная (сверху) и улучшенная (снизу) топологии организации подключения выводов микросхем к проводникам печатной платы

Второй способ (снизу) с более толстыми проводниками более предпочтителен и позволяет уменьшить паразитные реактивности соединений.

Сверхширокополосная микросхема HMC-AUH232 (рис. 17), относящаяся к классу Wideband, имеет полосу усиливаемых частот от 0 (напряжение постоянного тока) до 43 ГГц при малосигнальном коэффициенте усиления 12 дБ.

Рис. 17. Сверхширокополосная микросхема HMC-AUH232

АЧХ микросхемы HMC-AUH232 показана на рис. 18. А зависимость коэффициента шума от частоты представлена на рис. 19. Зависимость приращения выходного напряжения от уровня контрольного сигнала показана на рис. 20.

Рис. 18. Зависимость коэффициента усиления микросхемы от частоты

Рис. 19. Зависимость коэффициента шума от частоты для микросхемы HMC-AUH232

Рис. 20. Зависимость приращения выходного напряжения от уровня контрольного сигнала для микросхемы HMC-AUH232

Сверхширокополосный усилитель на микросхеме HMC-AUH232

Для контроля сверхширокополосных усилительных устройств часто используются глазковые диаграммы. Для их построения используются сверхширокополосные цифровые запоминающие осциллографы фирм Agilent, Tektronix или LeCroy [2]. На рис. 21 показана такая диаграмма для микросхемы HMC-AUH232. Она снята при скорости передачи сигнала 40 Гбит/c. Даже при такой сверхвысокой скорости передачи информации «глаза» диаграммы четко открыты, что указывает на четкую работу микросхемы.

Рис. 21. Глазковая диаграмма тестирования микросхемы HMC-AUH232

Пример построения схемы сверхширокополосного усилителя на микросхеме HMC-AUH232 показан на рис. 22. Конструкция усилителя представлена на рис. 23. Расположение внешних компонентов усилителя представлено на рис. 23.

Рис. 22. Пример построения схемы сверхширокополосного усилителя на микросхеме HMC-AUH232

Рис. 23. Расположение внешних компонентов усилителя (см. рис. 22)

В отличие от микросхем операционных усилителей, в широкополосных и сверхширокополосных микросхемах редко используются дифференциальные каскады. Они имеют более сложную схему и, соответственно, более узкую полосу усиливаемых частот. Пример построения схемы широкополосного усилителя на микросхеме с дифференциальным входом показан на рис. 24. Полоса частот этой микросхемы от 0,04 до 1 ГГц. Малосигнальный коэффициент усиления этой микросхемы 15 дБ. Микросхема имеет малый уровень шума – коэффициент шума NF всего 2,75 дБ.

Рис. 24. Пример построения широкополосного усилителя на микросхеме HMC770 с дифференциальным входом

На рис. 25 показаны зависимости коэффициента передачи и возвратных потерь (S-параметров) для микросхемы дифференциального усилителя HMC770.

Рис. 25. Зависимости коэффициента передачи и возвратных потерь (S-параметров) для микросхемы дифференциального усилителя HMC770

Более подробные данные, в том числе S-параметры микросхем корпорации Hittite Microwave, можно найти в технической документации, размещенной на официальном сайте корпорации.

Д.т.н., проф. Дьяконов В. П.

Список литературы:

1. Официальный сайт корпорации Hittite Microwave.
2. Афонский В. П., Дьяконов В. П. Электронные измерения в нанотехнологиях и микроэлектронике. Под редакций проф. В. П. Дьяконова. М.: ДМК-Пресс, 2011

Начало статьи "Широкополосные и сверхширокополосные СВЧ усилители корпорации Hittite Microwave"