Выявление данной проблемы состоялось в преддверии стыковочных испытаний изделия. Поначалу грешили в основном на конструкцию нашего проекта. Атмосфера была пронизана отчаянием. Стали проверяться самые безумные идеи, фантастические гипотезы. Намечались очередные прощания с семьями, ночной инжениринг, фаст-фуд, кофе и прочие «прелести». После множественных попыток перекроить конфигурацию всерьез задумались над возможностью производственного брака MACOM. Взяли микросхему из другой партии — та же ерунда. Закралась мысль о конструктивном браке микросхемы.
Звонок в представительство компании. Вежливо ответили, но дали понять, что помочь нам не в состоянии, могут лишь послать запрос разработчикам. Оператор задумался на какое-то время: «Хотя, у нас был похожий запрос несколько месяцев назад. Проблема очень напоминает Вашу». Мы получили контакты неизвестных коллег. Товарищи из компании «Радиосервис» (отдельное спасибо за предоставленную помощь Попову Валерию Павловичу) по телефону описали свой опыт работы с микросхемой, предложили вариант решения. Ответ, как оказалось, был наивно прост.
Усилитель MAAP-010168 был необходим нам для раскачки импульсной (частота импульсов 1 КГц, скважность 0.3 %) мощности в L-диапазоне. Вот так выглядит рекомендованная схема включения усилителя:
Замечу, что в dtsh (datasheet) никаких оговорок о режиме подачи питания не сделано. Мы включаем IC стробами (импульсами напряжения Vdd), подаем синхронно со стробами мощность на вход и наблюдаем спектр сигнала на выходе.
Наблюдается следующая проблема: Возбуждение микросхемы на низких частотах (порядка 150 КГц).
На этапе макетирования (изображение в топе данной публикации) сей позорный недуг был упущен, а в железке, когда поплыли осциллограммы, объем беды стал очевиден. Вернулись к макету — там та же ерунда. В итоге макет был изнасилован всеми доступными инженерам способами (результат вы опять же можете наблюдать на фото), но безрезультатно.
Сигнал строба непосредственно на ножке IC выглядел следующим образом:
Биения питания приводили, разумеется, к модуляциям. В спектре сигнала это мусор, в который уходит часть полезной энергии.
В документации отсутствовало хоть малое описание внутренней структуры IC. Коллеги из «Радиосервиса» выяснили, что в начинке содержится 4 усилителя! Для каждого своя ножка питания (нам же казалось, что количество выводов обусловлено токовой нагрузкой на линию).Соответственно при управлении ими необходимо учитывать взаимное влияние. А еще лучше всеми доступными способами это взаимное влияние демпфировать. Вот и модернизировали схему включения до следующего вида:
Номинал индуктивностей, конечно, необходимо тщательно подбирать, исходя из параметров строба, конфигурации схемы, даже конструкции. Можно применить ЭМС дроссели, тут уж больше габаритный фактор и ток играют роль. Решение же достаточно простое и, как кажется теперь, очевидное.
Комментарии (40)
ZEvS_Cat
29.02.2016 22:36+4Ничего удивительного, что подобный усилитель не поддерживает "импульсного питания". Как раз внутренняя индуктивность, установленная внутри микросхемы между питанием и открытым коллектором/истоком выходного транзистора, дает звон по питанию. Этот звон попадает в каскады, установленные ранее, те, что до выходного каскада, и получается обратная связь, вызывающая завязку-возбуд. Поставив дроссели, Вы сместили резонансную частоту, и тем самым разрушили баланс фаз и амплитуд, которые вызвали генерацию… Кроме того, Вы "завалили" фронты, той самой Вашей импульсной модуляции, и тем самым, размазали пики спектра в "холмики" c более низкой амплитудой.
В импульсных "нелинейниках", обычно, такой-же звон присутствует, но строб приемника короче, и тем самым, на приеме звон, вырезается за счет временного разнесения. То есть приемник включается, когда передатчик вышел на режим, а выключается раньше.
Блокиратор/подавитель сделали?
Попову, отдельный привет из "Компании ПОИСК" ;)Nortfolk
29.02.2016 23:45Совершенно точно. Пришлось пожертвовать быстродействием схемы в счёт стабильности. Но у нас приёмник и передатчик срабатывают спустя защитный интервал. Друг на друга влияют минимально. Было куда отступить. Спектр сигнала в итоге остался приемлемым.
ZEvS_Cat
01.03.2016 01:18Кстати, а Вы не пробовали подавать импульсы на Vgg, вместо Vdd? При этом, питание на Vdd держать постоянно?
По идее, при низком (нулевом) напряжении смещения на Vgg, микросхема не должна сосать ток через Vdd.
Кроме того, вход Vgg должен быть слаботочным, хоть и иметь емкостную составляющую нагрузки.Nortfolk
01.03.2016 08:03Так делать нежелательно, подача сигналов на Vgg должна быть филигранно синхронизированна. Да и dtsh не рекомендует.
mwaso
02.03.2016 07:58По идее при нулевом смещении на Vgg при наличии питания на Vdd микросхема должна пускать дымок.
Модуляция затворным напряжением делается например между минус 1 и минус 5 вольт, когда при напряжении минус 1 вольт транзисторы находятся в линейном режиме, а при минус 5 — полностью закрыты. Конкретно для данной микросхемы величины затворных напряжений могут отличаться. Но глубина модуляции при таком способе будет ниже, чем при модуляции Vdd.
RasselFast
01.03.2016 03:59+4Я заранее извиняюсь за грубый тон… Хочется спросить, а вы точно инженеры?
Замечу, что в dtsh (datasheet) никаких оговорок о режиме подачи питания не сделано. Мы включаем IC стробами (импульсами напряжения Vdd), подаем синхронно со стробами мощность на вход и наблюдаем спектр сигнала на выходе.
Просто без коментариев, читаем datasheeet:The MAAP-010168 is static sensitive. Please handle with care. To operate the device, follow these steps. Ramp down or shutdown in reverse order (gate bias on first and off last). All V GG pins should have the same voltage applied at all times.
Наблюдается следующая проблема: Возбуждение микросхемы на низких частотах (порядка 150 КГц).
Снова читаем datasheeet:Freq. = 0.5 — 3.0 GHz, VDD = 10 V, IDQ = 3.5 A, TA = 25 °C, Z0 = 50 ?
Что произошло: Вы запитали усилитель стробом, что для этой микросхемы категорически недопустимо. Ладно, каким-то чудом все заработало, (настоящим инженерам которые спроектировали эту микросхму 5+), и не пошел волшебный синий дым. Для микросхемы такое питание выглядело как помехи по питанию, и пока частота "помех" была достаточна высока, внутренний стабилизатор питания в микросхеме справлялся. Но при снижении частоты — упс, запасенной энергии оказалось уже недостаточно и все поплыло. Я вам могу даже подсказать, дав очень плохой совет, выбросьте все ваши дросселя, просто поставьте параллельно питанию микросхемы электролитический конденсатор, и все по вашей схеме заработает. Но правда очень быстро накроется, потому как это получится стенд, по проверке микросхемы на выносливость.
Я полагаю, вы хотели сэкономить те 3.5 ампера, что ест микросхема, стробируя ей питание? Так нельзя. Проблема не в микросхеме, с ней все в порядке, это просто усилитель, неуправляемый усилитель, его включил в месте с прибором, и точно также выключил. Если привести аналогию: вы питались управлять яркостью подсветки монитора, стробируя питание всего монитора. Он будет себя вести точно также как и эта микросхема, пока частота будет высокая, блок питания будет справляться, а как упадет, сразу замерцает и очень быстро накроется от нештатного режима работы.
Теперь могу дать хороший совет: Очень плохая идея динамически управлять питанием сложных устройств, которые на это не рассчитаны. Как правило производитель закладывает возможность управления питанием, посредством дополнительных ног управления например, и всегда явным образом об это пишет.
P. S. Еще раз извиняюсь за резкий тон, и ищите другое решение.
B0Z0NHIGGSA
01.03.2016 10:57Модулировать нужно входной сигнал или выходной, причем для получения малого времени нарастания\спада фронта сигнала еще придется потрудится и решение будет недешевым. При отсутствии сигнала усилитель потребляет не 3,5А а существенно меньше.
Для настоящего извращения попробуйте модулировать питание не всего усилителя, а только выходного каскада.Nortfolk
01.03.2016 11:04-1Усилитель продолжает жрать столько, сколько ему дадут, вне зависимости от входного сигнала. Шум для него — тоже сигнал. Другое дело, если входным сигналом мы его в нелинейность загоняем или есть хитрая схема смещения, но это уже отдельная тема. Стробирование необходимо не для модуляции (иначе я бы называл это модуляцией), а для временного разделения работы передатчика и приемника. Другими словами работа идет по следующему алгоритму: включается MAAP — защитный интервал — подача сигнала — защитный интервал — включение приемника.
И, кстати, MAAP в нашей схеме и служит выходным каскадом.B0Z0NHIGGSA
01.03.2016 11:24Скорее всего не столько, а все же меньше, если только он не в классе А. У Вас шум на входе усилителя соизмерим с полезным сигналом?
MAAP в нашей схеме и служит выходным каскадом
я про выходной каскад самой MAAP-010168. Т.е. если различие в потреблении тока по входам Vdd1 и Vdd2? Если есть и существенное, то отключайте (стробируйте) только сильноточный вход питания.Nortfolk
01.03.2016 11:28Ну ТАК извращаться мы не пробовали). Тем более — попробуй угадай, какой из каскадов выходной. Шум безусловно ниже по уровню мощности, но у нас есть преамп, да и у MAAP достаточно высокая чувствительность, свои 24 дБ он выдает,
B0Z0NHIGGSA
01.03.2016 11:35исследование токов потребления по Vdd1 и Vdd2 — суть исследование внутренней структуры. Если сильно разнится, то один заводит питание на раскачку (основное усиление), второй на выходной каскад (усиление мощности). Если так, то стробирование выходного каскада может давать меньше артефактов в выходном сигнале.
Nortfolk
01.03.2016 11:50Спасибо, но для нас метод коммутации все же не подходит ввиду требований по ЭМС ПРМ и ПРД. Вероятнее всего отключив лишь один каскад, достаточно большая часть мощности все же будет пролетать на выход. С другой стороны интересно что тогда будет с внутренним КСВ микрухи.
B0Z0NHIGGSA
01.03.2016 11:42И еще. Скорее всего это более поможет:
На последней схеме из статьи: в случае применения дросселей в питании схема не очень корректна. Дроссель имеет высокое реактивное сопротивление на ВЧ, а конденсатор — малое. Итого помеха на выводе питания замыкается на землю через высокое сопротивление дросселя и конденсатор, т.е. неэффективно. Часть помехи через внутренние цепи попадает в другие цепи микросхемы.
Нужно использовать 4-ре дросселя и 4-ре конденсатора, подключенных непосредственно к выводам питания.Nortfolk
01.03.2016 11:53Приведенный метод дал практические результаты. Справедливости ради стоит оговориться, что речь идет о конкретном устройстве, а обобщенный вариант схемы с 4 L и 4 C будет правильнее
evtomax
01.03.2016 12:13Я никак не могу понять. Зачем выключать питание микросхемы, если можно просто перестать подавать несущую на её вход? Чтобы в эфир не излучался шум?
Nortfolk
01.03.2016 12:17в том и дело, что шум излучается в отсутствии несущей — это раз.
Во вторых через модулятор даже в отсутствие сигнала пролетает несущая, усиливается передатчиком и отправляется в антенну. Т.о. передатчик необходимо вырубать.evtomax
01.03.2016 12:44По факту получается, что вы используете усилитель, как модулятор с очень большой глубиной. У меня лично ощущение, что это какое-то нестандартное применение микросхемы. Но я не занимаюсь СВЧ.
Из цифровой логики можно делать УНЧ, и это даже будет работать, но в документации к микросхемам про особенности такого режима ни слова :-)Nortfolk
01.03.2016 13:17В СВЧ часто встаёт вопрос об импульсном режиме работы. Строго говоря это не модуляция, тк сигнал не меняет формы — он и так короче строба. Это быстрая коммутация. Для мощных усилителей разумно рассматривать импульсный режим.
Nortfolk
01.03.2016 11:16-1В приведенных вами выдержках dtsh нет прямого указания, даже намека на невозможность импульсного питания. В таблице написано, что максимальное значение duty cycle = 100%, минимальное и среднее (типовое) значения не регламентированы. Чувствительность к статике — это ДА, первоочередность включения — тоже ДА! Freq. — частота несущего сигнала!!! Не относится напрямую к питанию, лишь косвенно через внутренние паразитные связи. Внутренний стабилизатор? Это вам не SDR. Вопрос стробирования для нас — коммутация ПРМ/ПРД. Можете в качестве примера посмотреть даташит на XP1006FA. Очень похожий функционально девайс. Там тоже не написано, что он импульсный, управление тоже через ножку питания, но в отличии от MAAP есть хотя бы намеки на скважность и время наработки на отказ. При макетировании в непрерывном режиме он так и вообще выходит из строя.
RasselFast
02.03.2016 03:51Вы выдаете желаемое, за действительное в попытке найти нужный вам функционал, в железке которая этот самый нужный функционал, не поддерживает. В datasheet, все указывается только в явном виде. Если какой-то режим явным образом не описан — значит он не предусмотрен. Только так! Duty cycle — это коэффициент заполнения, относится исключительно к сигналу, и никакого отношения не имеет к питанию. По поводу внутреннего стабилизатора. Любое сложное устройство, в своем составе имеет, стабилизатор питания, источники опорного напряжения, элементы контроля напряжения, температуры, сопротивления внешних выводов устройства и пр. При подаче питания все параметры проверяются и если все в порядке, устройство выходит на штатный режим работы. При отключении питания, устройство успевает корректно отключится, пользуясь запасенной в конденсаторах энергией. Все это нужно чтобы при переходных процессах и в некоторых случаях при неправильном подключении, устройство не вышло из строя. А теперь представьте, что происходит когда вы постоянно дергаете питание. Если вам так нужен усилитель которым можно управлять по методу включил\выключил, ищите усилитель у которого есть нога с надписью enable.
P. S. Пара советов Вам. Навсегда, забудьте об управлением сложными устройств, методом дергания за ноги питания. Используйте только штатные и явно описанные режимы работы. Не изобретайте велосипед, пользуйтесь проверенными решениями.
Nortfolk
01.03.2016 08:40-1Нигде в dtsh про режимы Vdd не указано! Нет ничего типа continuous wave/ constantly power и т.п. Принципиального запрета на режим подачи питания не обозначено. С Vgg все ясно было. Его никто не трогает. Внутренняя же структура — черный ящик. Если же Вам что-то подробно известно про начинки (типа внутренний стабилизатор), будем рады поучиться.
ikaktys
01.03.2016 12:25+1Это то всегда оооочень подозрительно, для любого устройства сложнее транзистора, а уж тем более многокаскадного усилителя ВЧ и особовнно такого высокочастотного и мощного при желании выведения его на стабильный режим за единицы микросекунд (если правильно понял что 0.3% от 1KHz, т.е. это получается что ему надо раскачаться и перестать заниматься своей внутренней фигней за 1-2мкс), в нем 146% при включении питания будут переходные процессы, только если производитель не подумал о там режиме и не протестировал что б подтвердить/исключить его. Во всех остальных случаях надо обязательно пинать производителя явно говоря ему как конкретно хочется использовать его продукт.
Nortfolk
01.03.2016 12:28-1На такой случай грамотно было бы указывать в dtsh такие параметры как Trise, Tfall или что-то наподобие. Собственно о неполноте описаний и сабж. А производителя пинать — длины ноги иногда не хватает))
ikaktys
01.03.2016 12:44+1нууууу ....
IMHO это как бы нетипичное использование усилителя, его изготовители просто не подумали что его таким образом можно использовать и/или именно эта модель не предназначена для такого режима и потому не тестировалась.
Вариантов извратов использования можно придумать много, все не протестируешь, не продумаешь заранее. Есть вообще хоть один подобный усилитель у которого это нормируется? И если — то какое время выхода на режим после включения питания ?
ikaktys
01.03.2016 12:57покурил чуток их продукты, вот например
7 W Pulsed High Power Amplifier 2.7 -3.0 GHz
http://cdn.macom.com/datasheets/MAAP-011022.pdf
Amplifier, Power, 8 W 5.2 — 5.9 GHz
http://cdn.macom.com/datasheets/MAAP-011027.pdf
вот для них явно написано что питание можно дергать и показано какNortfolk
01.03.2016 13:08Ну так эти усилки просто загнутся в непрерывном режиме вот для них и указано. В описанном же скважность допускается 100%, и больше ничего не написано
ikaktys
01.03.2016 13:12все правильно написано кстати :)
"cкважность допускается 100%", на месте "Min" в даташыте стоит прочерк — т.е. не 0-100%, a тупо 100%, CWNortfolk
01.03.2016 13:25С чего это??? В таблице приводят test conditions. Это не панацея. Если бы минимум был 100%, так и писали бы
ikaktys
01.03.2016 13:29но наводит на мысли что если есть отдельно "pulsed amplifier" да еще примерно на те длины импульсов что вам надо, а тут про это молчок — это Жжжжжж не спроста ...
а про питание и ноги — у других усилителей от них схемы есть, и во всех видено что отдельные ноги это не равномерная равесовка питания, а именно что питание отдельных ступеней.Nortfolk
01.03.2016 14:09Да, и это не может не радовать. Но, как вы сами говорите, все суждения косвенные. Наша задача показать, что пациент работает, но с оговорками
ikaktys
01.03.2016 14:40стремновато брать пациентов вне спецификаций, если что — производитель просто ручками сделает бякбяк, а судя по тому что только микросхемка стоит более $250, то все устройство стоит как новая машина среднего класса
Nortfolk
01.03.2016 15:02В целом об этом и речь. При такой стоимости, можно было бы подробнее описать режимы. А про скважность так и вообще не упоминать, просто сделать оговорку: continuous wave.
boris_onishenko
01.03.2016 23:46+1Мне кажется, что дергать питание передатчика для использования общих трактов (например антенного в РЛС) — это не очень хорошая идея. Почему Вы не используете для этого традиционные средства (PIN диоды, циркуляторы, направленные ответвители)?
B0Z0NHIGGSA
02.03.2016 11:16Они про них похоже не знают. Обычно на момент передачи посылки вход приемника шунтируется, сами посылки можно делать модулированными для улучшения помехозащищенности локатора, но при модуляции питания это будет трудноразрешимой задачей.
Я так понял что конструкцию ваяют "на коленке" из доступных модулей.
Срочную служил на теплой ламповой релейке 5Я62, 45Вт выхода в импульсе, циркулятор вполне справлялся с подавлением излучения передатчика на входе приемного модуля, правда сам циркулятор весил килограмма 3-4 ;)
mwaso
02.03.2016 08:30Полумост из полевых транзисторов, подающий/снимающий питание с микросхемы на фото — это в левом нижнем углу? У вас он очень далеко от ног питания микросхемы, а на противоположную сторону так и вовсе питание идет через длинющий провод, а там керамические конденсаторы у самых ног. Вот вам и колебательный контур. Как писали выше, добавлением дросселей вы просто сместили частоту резонанса. По уму надо ставить транзисторы прямо впритык к ногам микросхемы, а развязывающие конденсаторы лепить уже у истоков транзисторов. Ну и RC-снаббер не забыть.
Микросхему можно просветить на ренгене, чтобы проверить, есть ли там встроенные стабилизаторы. Но скорее всего — нет. И не будет проблем с модуляцией питания, если грамотно спроектировать схему и плату. Мы так делали для других усилителей.
ptica_filin
Между каждой ножкой и дросселем ещё не помешают ёмкости на землю. Величину подобрать так, чтобы возбуда не было.