Breytilegur deyfari: Tegundir og notkun

 

A breytilegur deyfier óvirkur eða virkur RF/örbylgjuhluti sem er hannaður til að draga úr merkjamagni um stýranlegt magn en viðheldur viðunandi viðnámssamsvörun yfir rekstrarbandbreidd hans. Ólíkt föstum deyfingum, sem veita eitt fyrirfram ákveðið innsetningartap, leyfa breytilegir deyfingar aðlögun-annaðhvort samfellda eða staka-deyfingarstigum sem eru venjulega á bilinu nærri-núll til 30 dB eða meira, allt eftir staðfræði og umsóknarkröfum. Tækið finnur mikilvæga beitingu í sjálfvirkum ávinningsstýringarlykkjum, aflstjórnun sendis, aukningu á kraftsviði móttakara og prófunartækjum þar sem nákvæm meðferð merkjastigs er nauðsynleg.

Af hverju ég hætti að treysta sérstakri blöðum

Ég skal vera heiðarlegur: fyrsti breytilegur dempari sem ég setti inn í hönnun var hörmung. Ekki vegna þess að hluturinn væri slæmur-gagnablaðið leit fullkomlega út. 0.5 dB skref, 31,5 dB svið, DC til 4 GHz. Það sem gagnablaðið lagði ekki áherslu á var breytileiki í innsetningartapi eftir hitastigi. Við vorum að smíða útieiningu fyrir þráðlaust bakhalskerfi. Sumarprófin gengu vel. Í janúar í Minnesota var hluturinn 1,8 dB af við hámarksdeyfingu. AGC lykkjan klikkaði við að reyna að bæta upp.

Lærdómurinn kostaði okkur töflusnúning og sex vikur. Nú athuga ég þrennt áður en ég horfi einu sinni á dempunarsviðið:

Innsetningartap við lágmarksdeyfingu. Þetta er grunnviðurkenningin þín-þú ert að borga hana allan tímann.

Innsetningartap delta yfir allt hitasviðið. Grafinn á blaðsíðu 14 í gagnablaðinu, venjulega.

VSWR klalltdeyfingarríki, ekki bara það sem þeir völdu-fyrir forsíðuna.

Allt annað er aukaatriði.

PIN-díóðan: Vinnuhestur með kátínu

Flestir RF verkfræðingar leita fyrst að PIN díóða deyfjum og það er ekki að ástæðulausu. Eðlisfræðin er glæsileg: Sprautaðu straum inn á innra svæði, leiðni eykst, RF viðnám lækkar. Snúið hlutdrægninni við og þú færð háa viðnám. Settu nokkra slíka í pi- eða tee-net með viðeigandi samsvörun, og þú hefur stöðugt breytilega dempun sem er stjórnað af DC spennu eða straumi.

Tíðnisviðið er virkilega áhrifamikið. DC til 40 GHz er hægt að ná með góðri hönnun. Sumir sérhæfðir hlutar þrýsta framhjá 50 GHz. Skyworks SKY12347-362LF, sem ég hef notað í sennilega tugi hönnunar, nær yfir DC til 6 GHz með um 32 dB svið. Sterkur hluti. Ekki spennandi, en traustur.

Hér er það sem þeir segja þér ekki í umsóknarskýringum: PIN-díóður hafa minnisáhrif á lágri tíðni. Undir u.þ.b. 10 MHz hreinsar geymd hleðsla á innra svæðinu ekki nógu hratt á milli útvarpslota og deyfing þín verður háð merkja-stigi. Ég hef séð þriðju-bjögun stökkva 15 dB í hönnun sem átti að höndla 1 MHz til 2 GHz. Lagfæringin var að bæta há-passasíu við inntakið-sem kerfisarkitektinn var ekki ánægður með.

Hitastuðullinn er hinn gotcha. Núverandi-stýrðir PIN-deyfingar reka vegna þess að viðnám díóðunnar- á móti-straumferilnum breytist með hitastigi. Spennustýrðar útgáfur- eru aðeins betri en ekki ónæmar. Fjárhagsáætlun 0,02-0,05 dB/ gráðu í skipulagsskyni. Í nákvæmni mælingarforriti er það ekki hverfandi.

Stafrænar þrepadeyfingar

Allt öðruvísi dýr. DSA skipta á milli fastra deyfingarhluta með því að nota FET eða MEMS rofa. Þú sendir samhliða eða raðbundið stafrænt orð og hlutinn velur hvaða samsetning af viðnámspúðum er í merkjaleiðinni.

Hið góða: Endurtekningarhæfni er óvenjuleg. Ríki 01101 gefur þér sömu dempun í dag, á morgun og á næsta ári. Einhæfni er tryggð með hönnun-hver biti bætir við tilgreinda aukningu. Skiptihraði er á bilinu frá nanósekúndum (GaAs FET) til míkrósekúndna (MEMS), nógu hratt fyrir TDMA sprungaaflstýringu.

The slæmur: ​​Þú ert fastur með stakur skref. 6-bita DSA gefur þér 0,5 dB upplausn, sem hljómar vel þar til þú þarft 7,3 dB og þarft að velja á milli 7,0 og 7,5. Í AGC lykkju skapar þessi magngreining takmörkunarlotur. Lykkjan veiðir á milli tveggja ríkja að eilífu og leysist aldrei. Ég hef "leyst" þetta með því að bæta við litlu-sviði hliðrænu VVA á eftir DSA-crude, en það virkar.

Hið ljóta: Bilanir við bitaskipti. Þegar DSA skiptir úr 01111 (15,5 dB) í 10000 (16 dB), er augnablik-kannski 5 ns, kannski 50 ns-þar sem innri rofarnir eru á milli stöðu og dempunin fer einhvers staðar óskilgreint. Venjulega lægri en hvor endapunkturinn, sem þýðir að aflgjafi lendir á niðurstreymismagnaranum þínum. PE43711 frá pSemi höndlar þetta betur en flestir með „galla-minna“ arkitektúr, en það er enginn galdur. Það er enn tímabundin orka.

Bitar, LSB og hvers vegna 7-bita hlutar eru til

6-bita dempari með 0,5 dB LSB gefur 31,5 dB svið. Frekar staðlað.

Svo hvers vegna eru 7-bita hlutar til? Tvær ástæður. Í fyrsta lagi fínni upplausn: 0,25 dB skref gera þér kleift að klippa kerfisaukninguna nákvæmari. Í öðru lagi-og þetta er minna augljóst-hægt er að nota aukabitann fyrir offramboð. Sumir framleiðendur leyfa þér að velja á milli þess að nota alla 7 bitana fyrir 0,25 dB skref eða að nota 6 bita fyrir 0,5 dB skref með 7. bita sem "fínn trimm" sem vegur á móti öllu ferlinum. Hentugt til að bæta upp-breytileika í framleiðslu.

Peregrine (nú pSemi) var frumkvöðull í UltraCMOS ferlinu sem gerði-afkastamikil sílikon DSAs raunhæf. Þar áður, ef þú vildir alvarlega bandbreidd, varstu að kaupa GaAs, sem þýddi $$$ og 5V vistir. PE4312 og afkomendur hans komu með 50 ohm DSA til 3,3V CMOS land. Breytti hagfræði margra hönnunar.

MEMS: Loforðið og biðin

Öreindatæknikerfi lofuðu að gjörbylta RF-dempun. Litlir líkamlegir rofar, í raun fullkomnir þegar þeir eru lokaðir, í raun opnir þegar þeir eru opnir. Engin hálfleiðara sníkjudýr. Ómísk snerting.

Kenningin stenst. MEMS deyfingar ná innsetningartapi og línuleika sem sílikon getur ekki snert. Analog Devices ADRF5720 virkar á 40 GHz með eins og 1,5 dB innsetningartapi. Prófaðu það með FET rofa.

En-og þetta er mikill en-áreiðanleiki er enn umdeildur. MEMS rofar hreyfast líkamlega. Hreyfanlegir hlutar slitna. Framleiðendur gera kröfu um milljarða hringrása og við góðkynja rannsóknaraðstæður fá þeir þær líklega. Í forriti með hitauppstreymi, raka, titringi? Ég er efins. Ég hef séð nákvæmlega einn MEMS deyfara í framleiðsluhönnun sem ég hef unnið að, og það var í prófunartæki þar sem skiptihraði var kannski nokkrum sinnum á sekúndu. Fyrir farsímastöð sem gerir þúsundir aflstillinga á sekúndu... spurðu mig aftur eftir fimm ár.

Það er líka pökkunarvandamálið. MEMS tæki þurfa loftþéttingu eða rakt loft kemst inn og hlutirnir tærast eða festast. Hermetískir pakkar kosta peninga. Öll verðmætisuppástungan byrjar að sveiflast þegar "$15 MEMS deyja" þín kemur í "$8 hermetískum pakka" með "$12 samsetningarkostnaði."

Vélrænir deyfingar: Ekki dauður ennþá

Farðu á hvaða RF prófunarstofu sem er og þú munt finna snúningsdeyfara í kvörðunarlínunni. Þessar bylgjuleiðaradýr -snúa viðnámsspjaldi líkamlega til að breyta því hversu mikið merki það snertir-bjóða nákvæmni sem rafrænar deyfingar eiga erfitt með að passa við.

Weinschel 953 röð. Hewlett-Packard 355C/D (já, HP, ekki Agilent eða Keysight-þessir hlutir eru svo gamlir og virka enn). Nákvæmar bylgjuleiðaraeiningar Flann örbylgjuofn. Þeir eru þungir, hægir, dýrir og algjörlega áreiðanlegir. Þegar þú þarft 40 dB viðmiðun sem er nákvæm í ±0,1 dB frá 18 til 26,5 GHz, þá ertu ekki að ná í hálfleiðara.

Til notkunar á bekkjum halda handvirku þrepaþjöppunum með smelli-stöðvunarskífum áfram furðulega viðeigandi. Gamla Kay 1/839 er hægt að fá fyrir $50 á eBay og gefur 1 dB skref í 79 dB með betri samsvörun en flestar samþættar DSA. Samtengingarnar bæta við tapi sem þú þarft að kvarða út, en fyrir skjótar tilraunir eru þær fullkomnar.

Ég geymi JFW 50R-142 í skrifborðsskúffunni minni. Fast 50 ohm koaxial, metið DC-2 GHz, skref frá 0 til 110 dB í 1 dB þrepum. Rofarnir eru raunveruleg nákvæmniviðnámsnet, ekki hálfleiðarar. Hann er smíðaður eins og skriðdreki og endist mig lengur.

Optical Variable Attenuators (VOA)

Öðruvísi heimur. Í trefjakerfum er dempun stjórnað á sjónlaginu og kerfin eru heillandi.

MEMS-undirstaða VOAnotaðu hallandi spegil. Ljós kemur inn frá inntakstrefjum, lendir í speglinum, endurkastast í átt að úttakstrefjum. Hallaðu speglinum aðeins og eitthvað ljós missir af úttakskjarnanum. Hallaðu því meira, meira ljós missir. Analog stjórn, hæfilegur hraði, framúrskarandi endurtekningarhæfni. DiCon MEMS VOA var í raun iðnaðarstaðallinn í áratug.

Fljótandi kristal VOAsnýta skautun. Fljótandi kristal snýr skautunarástandi ljóssins sem berst; skautari deyfist síðan miðað við snúningshornið. Engir hreyfanlegir hlutar. Hægari en MEMS, en vélrænt skotheldur.

Það er líkabreytilegt trefja Bragg ristnálgast ografrænt-stýrt frásogí sértrefjum, en þetta eru sess. Flestar fjarskipta-VOA sem þú munt lenda í eru MEMS eða LC.

Innsetningartap skiptir miklu máli hér vegna þess að þú ert oft í keðju magnaðra spanna. Hver 0,5 dB sem þú eyðir í VOA er 0,5 dB af OSNR sem þú munt aldrei fá til baka. Góðu MEMS VOAs ná IL undir 0,8 dB; ódýrir ná 1,5 dB eða verra.

Hagnýtar athugasemdir við val

Hlutarnir sem ég nota í raun

Þetta eru ekki meðmæli-Ég hef engin fjárhagsleg tengsl við nokkurn framleiðanda-bara athuganir frá smíðum sem sendar voru.

FyrirDSA undir 6 GHz: pSemi PE43711 (31,5 dB, 0,25 dB skref, galla-þolinn) eða ódýrari PE4312 (31,5 dB, 0,5 dB skref). Bæði virka. Báðir hafa sérkenni. Báðir eiga sér næga markaðssögu til að misskilningurinn sé þekktur.

Fyrirstöðug dempun (VVA): Mini-Circuits ZX76 röðin þegar fjárhagsáætlun leyfir. Skyworks SKY12347 þegar það gerir það ekki. Hvorugt er fullkomið yfir hitastig. Skipuleggðu í samræmi við það.

Fyrirhigh frequency (>20 GHz): Heiðarlega, ég hringi í framleiðandann og á samtal. Analog Devices og Qorvo eru báðir með hluta, úrvalið er fábrotið og „rétta“ valið fer mjög eftir sérstökum kröfum þínum. Þetta er ekki rafeindatækni-í millimetrabylgju, allt er sérsniðið.

Fyrirsjónræn fjarskipti: DiCon og Agiltron hafa verið áreiðanleg. JDS Uniphase (nú Viavi) gerir gott efni en vörulínurnar hafa sundrast í gegnum ýmsar yfirtökur. Athugaðu hver raunverulega þjónustar hlutinn núna áður en þú skuldbindur þig.

Bilunarstillingar sem enginn talar um

ESD drepur hálfleiðara deyfingar. Þetta eru ekki fréttir. Það sem minna er rætt: bilunin getur verið lúmsk. Ég hef séð hluta sem enn „virka“ eftir ESD atburði en hafa rýrnað línuleika eða breytt dempunarkvörðun. Ef kerfið þitt mistekst skyndilega EMC prófun sex mánaða í framleiðslu og þú hefur engu breytt, farðu þá að athuga deyfinguna. Sérstaklega ef samkomuhúsið þitt skipti um meðhöndlunarferli.

PIN-díóður mistakast þokkalega-deyfingu, röskun eykst-en þær deyja sjaldan skyndilega. FET rofar í DSA bregðast mjög. Einn rofi er stuttur, dempun þín er röng um 4 dB og nema þú sért að fylgjast með því, hegðar kerfið sig bara á dularfullan hátt.

MEMS bilanir hafa tilhneigingu til að vera "fastar" bilanir. Rofinn hættir að skipta. Það fer eftir því í hvaða stöðu það festist, þú færð annað hvort dauða rás eða varanlega-á leið. Prófunarbúnað með MEMS deyfjum ætti að æfa reglulega; rofar sem sitja í einni stöðu í marga mánuði geta þróað "stík".

Það sem ég veit ekki enn

Ég hef ekki unnið alvarlega meðferrít-byggtbreytilegir deyfingar. Kenningin er flott-segulfræðilega-stillt frásog-en hlutarnir sem ég hef séð eru stórir, orku-svangir (rafsegullinn þarf straum) og takmarkast við útfærslur bylgjuleiðara. Það geta verið forrit þar sem þau eru tilvalin. Ég hef ekki kynnst neinum persónulega.

Grafen-byggtdeyfingar eru til í fræðilegum bókmenntum. Talið er að stillanleiki komi frá mismunandi Fermi-stigi og þar með leiðni. Ég trúi því að það sé tilbúið til framleiðslu-þegar Digi-Key setur það á lager.

Þar er líka unnið aðfasa-breyta efnifyrir RF rofi og dempun. Hugmyndin er sú að hægt sé að skipta ákveðnum efnum á milli formlauss og kristallaðs ástands með því að nota hitapúls, með verulega mismunandi RF eiginleika í hverju ástandi. Snemma daga.

Svo það er landslagið eins og ég sé það: PIN-díóða fyrir hliðstæða stjórn, DSA fyrir stafræna nákvæmni, MEMS fyrir þegar þú þarft algerlega bestu forskriftirnar, vélrænar fyrir kvörðun og mælifræði, ljósleiðara fyrir ljósleiðarakerfi. Hver hefur málamiðlanir. Ekkert er algilt. Bestu verkfræðingarnir sem ég þekki velja tæknina út frá því hvað þeir geta þolað að mistakast, ekki bara hvað virkar best á fyrsta degi.

Ef þú tekur eitt úr þessu: prófaðu yfir hitastig. Prófaðu á hornum dempunarsviðsins. Prófaðu á þeim tíðni sem þér þykir raunverulega vænt um, ekki bara þar sem gagnablaðið lítur fallegast út. Hlutinn sem virkar fullkomlega við 25 gráður og 1 GHz gæti svikið þig við -20 gráður og 5,8 GHz.

Spurðu mig hvernig ég veit það.