HF-Transceiver
Optimierte Stromversorgung für 6-GHz-Transceiver
Lässt sich das Rauschverhalten eines HF-ICs quantifizieren, so kann seine Stromversorgung optimiert werden. Am Beispiel eines HF-Transceiver-ICs wird gezeigt, wie Rauschen in eine Stromversorgung gezielt eingespeist wird, um zu ermitteln, wieviel Rauschen auf der Versorgungsspannung tolerierbar ist.
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
HF-optimierte Stromversorgung
Basierend auf den Ergebnissen der durchgeführten Tests wurde eine optimierte Stromversorgung für den Transceiver-IC ADRV9009 entworfen (Bild 7), die einen Spielraum von >6 dB schafft, wenn sie auf einem ADRV9009-Transceiver-Modul eingesetzt wird.
Tabelle 1 vergleicht die optimierte Stromversorgung (Bild 7) mit der Standard-Stromversorgung (Bild 1). Das Verringern der benötigten Komponenten beträgt dabei 29,8 % und der Wirkungsgrad steigt von 66,9 % auf 69,9 %, was einer Senkung des gesamten Leistungsbedarfs um 0,5 W entspricht.
Um den Wirkungsgrad der optimierten Stromversorgung zu validieren – bezüglich des systematischen Rauschverhaltens – wurde eine Phasenrauschmessung durchgeführt.
| Standard-Stromversorgung (Bild 1) | Optimierte Stromversorgung (Bild 7) | Verbesserung | |
|---|---|---|---|
| Komponenten-fläche | 148,2 mm2 | 104,00 mm2 | –29,8 % |
| Gesamtwirkungs-grad | 65,7 % | 69,9 % | +6,4 % |
| Verlustleistung | 3,8 W | 3,2 W | –0,6 W |
Die optimierte Stromversorgung in Bild 7 wurde mit der Referenz – einer Entwickler-Version des ADRV9009-Evaluierungsmoduls, nämlich des Evaluierungsmoduls AD9378 mit einer Stromversorgung wie in Bild 1 dargestellt – verglichen. Die gleiche Baugruppe wurde benutzt, aber mit der optimierten Stromversorgung aus Bild 7, wobei die Ergebnisse des Phasenrauschens miteinander verglichen wurden. Idealerweise erfüllt die optimierte Stromversorgung die Referenz-Diagramme im Datenblatt oder übertrifft sie sogar.
Bild 8 zeigt die Ergebnisse der Vergleichsmessung mit dem AD9378-Evaluierungsmodul, einmal mit der auf dem ADP5054 basierenden Standard-Stromversorgung, verglichen mit den Ergebnissen der gleichen Baugruppe mit einer optimierten Stromversorgung (Bild 7) auf Basis der Gleichspannungswandler LTM8063 und LTM8074. Die Stromversorgung mit den einzelnen µModule-Abwärtswandlern hat im Vergleich zur ADP5054-basierten Stromversorgung eine geringfügig bessere Leistung von rund 2 dB.
| Offset-Frequenz [MHz] | Phasenrauschen [dBc/Hz] | ||
|---|---|---|---|
| Schwellenwert (Datenblatt) | Messergebnisse | ||
| ADP5054 (Bild 1) | LTM8063 und LTM8074 (Bild 7) | ||
| 0,1 | –100 | –137,74 | –137,77 |
| 0,2 | –115 | –143,16 | –143,32 |
| 0,4 | –120 | –147,37 | –147,20 |
| 0,6 | –129 | –149,02 | –149,04 |
| 0,8 | –132 | –151,81 | –151,96 |
| 1,2 | –135 | –151,73 | –151,22 |
| 1,8 | –140 | –153,97 | –153,76 |
| 6 | –150 | –155,10 | –154,80 |
| 10 | –153 | –154,51 | –154,36 |
Wie aus Bild 8 und Tabelle 2 zu erkennen, sind die Messergebnisse für beide Stromversorgungen wegen des Einsatzes eines Signalgenerators für den externen Lokal-Oszillator mit geringem Phasenrauschen geringfügig schlechter als im Datenblatt angegeben.
| LO-Frequenz [MHz] | SFDR [dBc] | ||||
|---|---|---|---|---|---|
Datenblatt-Spezifikation | Sender 1 | Sender 2 | |||
| ADP5054 | LTM8063 und LTM8074 | ADP5054 | LTM8063 und LTM8074 | ||
| 800 | 70 | 86,03 | 86,95 | 86,62 | 86,63 |
| 1.800 | 70 | 85,94 | 87,30 | 86,01 | 85,90 |
| 2.600 | 70 | 85,98 | 86,01 | 85,50 | 85,78 |
| 3.800 | 70 | 73,87 | 77,42 | 73,93 | 77,31 |
| 4.800 | 70 | 71,44 | 71,98 | 71,10 | 71,82 |
Die SFDR-Messung (Spurious Free Dynamic Range) am Transceiver-IC ADRV9009 ist in Tabelle 3 für beide Stromversorgungsalternativen aufgelistet. Die Tabelle 3 zeigt für beide eine vergleichbare Leistungsfähigkeit, außer für LO = 3800 MHz, wo die Schaltwelligkeit des ADP5054 (Bild 1) beginnt, Modulationsverzerrungen auf dem Ausgangsspektrum des Trägersignals zu erzeugen (Bild 9).
Literatur
[1] Delos, P.: Power Supply Modulation Ratio Demystified: How Does PSMR Differ from PSRR? Analog Devices, Dezember 2018, www.analog.com/en/technical-articles/power-supply-modulation-ratio-demystified.html.
[2] Delos, P.: Transceiver Phase Noise Teardown Informs Performance Capability with an External LO. Analog Devices, Oktober 2019, www.analog.com/en/technical-articles/transceiver-phase-noise-teardown-informs-performance-capability.html.
[3] Naeem, N. und Fontaine, S.: Characterizing the PSRR of Data Acquisition μModule Devices with Internal Bypass Capacitors. Analog Dialogue, 2020, Nr. 3, www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/characterizing-the-psrr-of-data-acquisition-umodule-devices-with-internal-bypass-capacitors.html.
[4] Perez, P. und Pasaquian, P. E.: Optimizing Power Systems for the Signal Chain – Part 1: How Much Power Supply Noise Is Tolerable? Analog Dialogue, 2021, Nr. 1, www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/optimizing-power-systems-for-the-signal-chain-part-1.html.
[5] Cruz, J. M. D. und Pasaquian, P. E.: Optimizing Power Systems for the Signal Chain – Part 2: High Speed Data Converters. Analog Dialogue, 2021, Nr. 2, www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/optimizing-power-systems-for-the-signal-chain-part-2.html.
Die Autoren
Pablo Perez, jr.
kam im Mai 2019 als ADEF Senior Applications Engineer zu Analog Devices. Sein Arbeitsgebiet umfasst die Modifizierung und Evaluierung von Standard-Schaltnetzteilen für unterschiedliche Anwendungen (Industrie, Telekommunikation, Medizintechnik, Militär) und die Verifikation und Musterbewertung von Linearreglern, Schaltreglern sowie Stromversorgungs-ICs. Perez erwarb einen Bachelor-Abschluss in Elektronik und Kommunikationstechnik an der Manuel S. Enverga University Foundation in Lucena, Philippinen.
pablo.perezjr@analog.com
John Martin Dela Cruz
kam im Oktober 2020 als Power Applications Engineer zu Analog Devices. Sein Arbeitsgebiet sind Stromversorgungen für Luft- und Raumfahrt sowie Wehrtechnik. Er schloss sein Elektrotechnikstudium an der University of the Philippines Diliman in Quezon City, Philippinen, mit einem Bachelor-Abschluss ab.
johnmartin.delacruz@analog.com
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