О ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МОДУЛЕЙ АФАР НА ОСНОВЕ МИС СВЧ С ПОМОЩЬЮ ЦИФРОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ

May 2, 2012 by admin Комментировать »

Галдецкий А. В., Королев А. Н., Юсупова Н. И. ФГУП «НПП Исток» Вокзальная ул. д. 2а, Фрязино- 141190, Россия Тел.: +7(095) 465-8620; e-mail: galdetskiy@mail.ru

Аннотация – Показано существенное влияние разброса параметров пассивных и активных компонентов традиционных МИС цифровых фазовращателя и аттенюатора на выход годных. Предложено построение модуля АФАР, имеющего низкое энергопотребление и СВЧ потери, с использованием схемы памяти, аналоговых аттенюатора и фазовращателя и простых ЦАП.

I.       Введение

При построении современных модулей АФАР на базе МИС СВЧ как правило рассматриваются модули с цифровым управлением фазой и коэффициентом передачи. При этом 5-ти разрядный аттенюатор и 6- ти разрядный фазовращатель строятся как набор последовательно включенных разрядов, так что потери в каждом из разрядов суммируются, приводя к значительным общим потерям. Компенсация потерь с помощью дополнительных усилителей приводит к росту энергопотребления, что оказывается критическим, учитывая общее количество модулей.

Кроме того, разброс параметров пассивных компонентов, особенно в старших разрядах, суммируясь, приводит к существенному разбросу модуля и фазы коэффициента передачи, значительно уменьшая выход годных.

Наличие большого числа транзисторов в драйверах отдельных разрядов также приводит к сокращению выхода годных. В итоге все эти факторы приводят к практически тупиковой ситуации.

II.      Модуль АФАР на основе аналоговых аттенюатора и фазовращателя, ЦАП и схемы памяти

Для уменьшения влияния разбросов элементов МИС мы предлагаем увеличить на единицу разрядность аттенюатора и фазовращателя и использовать в составе модуля ИС памяти. При поступлении на вход модуля (на шину адреса ИС памяти) 5+6- разрядного двоичного кода, на шине данных появляется 6+7 разрядное слово, поступающее ни СВЧ МИС и реализующее значения модуля и фазы коэффициента передачи, наиболее близкие к требуемым именно для данного экземпляра модуля (Рис. 1). Избыточные разряды позволяют иметь малый дискрет изменения модуля и фазы и возможность выбора наиболее подходящих значений. Наличие памяти позволяет также включить в состав модуля и датчик температуры, что может минимизировать температурные уходы комплексного коэффициента передачи (Рис. 1). Такой подход позволяет кардинально ослабить требования к точности реализации характеристик аттенюатора и фазовращателя, повысить процент выхода и уменьшить стоимость ценой очень небольшого увеличения энергопотребления модуля. Более того, пользуясь возможностью снижения требований к разбросам и уходам параметров МИС модуля, можно предложить построение аттенюатора и фазовращателя в виде комбинации простых аналоговых узлов и резистивных ЦАП. Пример схемы аналогового аттенюатора показан на Рис.2, а его кривая управления и КСВ – на Рис.3-5.Как видно, аттенюатор не потребляет энергии, имеет малое затухание (0.7 дБ), широкую полосу и хорошее согласование с трактом.

Рис. 1. Схема построения блока управления коэффициентом передачи модуля АФАР.

Fig. 1. Block of gain control of phased array module

Puc. 2. Схема аналогового аттенюатора.

Fig. 2. The circuit of analog attenuator

Как нетрудно видеть для управления аттенюатором требуются два аналоговых сигнала, изменяющихся согласованно. Можно было бы ввести некоторый аналоговый инвертор создающий один из сигналов из другого. Однако предпочтительнее запитать их от отдельных ЦАП с удвоением числа входных разрядов (до 12). Это приведет к удвоению требуемой памяти, но зато существенно упростит и удешевит СВЧ схему. Схемы ЦАП и аналогового фазовращателя и их характеристики будут приведены в докладе.

Предложенный способ построения модуля АФАР и схема аттенюатора позволяют за счет применения цифровой ИС кардинально ослабить требования к разбросу параметров СВЧ схем модуля (причем не только аттенюатора и фазовращателя) и повысить выход годных. При этом, благодаря реализации «идеального» по амплитуде и фазе модуля, уменьшается нагрузка на центральный процессор станции. Кроме того, рассмотренный аттенюатор имеет малое затухание, хорошее согласование и нулевое энергопотребление.

ON ENHANCEMENT OF PHASED ARRAY MODULES BASED ON MMICS BY USING DIGITAL CIRCUITS

Galdetskiy A. V., Korolev A. N., Yusupova N. I.

SRPC Istok 2a,Vokzalnaia st, Fryazino -141190, Russia phone: +7(095) 465-8620, e-mail: galdetskiy@mail.ru

Рис. 3. Коэффициент передачи аттенюатора как функция управляющего напряжения.

Fig. 3. Gain as a function of control voltage

Abstract – Described in this paper is the essential influence of parameters dispersion of passive and active components of conventional MMICs of digital phase shifter and attenuator on the yield. The design of phased array module insensitive to components dispersion, having low power consumption and losses is offered. Design uses flash-memory IC, analog attenuator, phase shifter and simple DAC.

I.  Introduction

Modern phased array modules based on MMICs usually use digital control of amplitude and phase. For example 5-digit attenuator and 6-digit phase shifter are composed of a set of series connected stages. Thus, losses in each stage are summed up, resulting in significant total losses. Additional amplifiers result in growth of power consumption, which appears critical, taking into account total number of modules in array.

Dispersion of passive components, especially in higher bits, leads to essential dispersion of a phase and gain of the module, considerably reducing the yield.

The large number of transistors in a driver of each bit also leads to yield reduction.

Рис. 4. КСВ на частоте 9 ГГц как функция управляющего напряжения.

Fig. 4. VSWR at 9 GHz as a function of a control voltage

II.     Phased array module based on analog attenuator, phase shifter, DAC and memory IC

In order to reduce the influence of dispersion of MIC’s components, we suggest to increase the number of bits (word length) controlling attenuator and phase shifter and to use IC of flash-memory as the module part. If a binary word (5+6 digits) comes to the input of the module (on address bus of memory IC), 6+7-digit word appears on data bus coming to MMICs and realizing phase and gain values of the module, most close to those ones required for the given specimen of the module (Fig. 1). Additional bits allow having small quantization step of the gain and phase and the opportunity to choose the most suitable values. Memory also allows including the temperature probe into structure of the module which can minimize temperature drift of complex gain (Fig. 1). This approach makes possible significantly to relax limits for accuracy of components of attenuator and phase shifter, to increase product yield and to reduce cost at the expense of small increase of power consumption of the module.

Рис. 5. КСВ как функция частоты для различных управляющих напряжений.

Fig. 5. VSWR vs. frequency for various control voltages

Moreover, due to opportunity of reduction in restrictions to dispersion and drift of MMICs’ parameters, it is possible to use the designs of attenuator and the phase shifter as a combination of simple analog unit and resistive DAC. The example of analog attenuator circuit is shown in Fig. 2, and its control function and VSWR – in fig. 3-5. Evidently, attenuator does not consume energy, has small attenuation (0.7 dB) and good return losses. Apparently, two analog voltages (varying simultaneously) are required to control the attenuator. It is more preferable to feed both analog inputs from separate DACs by doubling the number of input bits (up to 12). It results in doubling of required memory, but essentially simplifies and reduces the cost of MMIC. The circuit of the analog phase shifter and its characteristic will be shown in the report.

III.   The conclusion

The suggested design of the module and the attenuator circuit allow cardinally relax restrictions for dispersion and drift of parameters of MMICs of the module (and not only attenuator and the phase shifter) and to increase yield due to using of flash-memory IC. Due to realization of "ideal" amplitude and phase control of the module the load of the central processor of the array decreases. Considered attenuator has small attenuation, good matching and zero power consumption.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты