Как известно, очень часто импеданс ВЧ микросхем далек от идеала. Иногда S-параметры удается найти, иногда приходиться мерять самому. А теперь вопрос- как их лучше всего использовать? Для одной частоты согласовать проблем нет, а вот для диапазона... Как пример:
После продолжительного секса с даташитами и апнотами от АД случайно наткнулся на схемку (см аттач). Согласование- изумительное. Теперь вопрос- как такую схемку синтезировать самому, зная S-параметры голой микросхемы? Существует же методика широкополосного согласования?

Сначала надо решить: как Вам предпочтительнее: считать "вручную" или использовать специализированные программы для расчета параметров согласующей цепи . Вручную сейчас- не есть хорошо.

Но желательно теорию почитать. Мне нравится "от Матвея": Маттей, Янг, Джонс "Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи". Книга из двух томов, по теме -первый том. Есть у уважаемого LordN.

Есть несколько известных программ для этого дела. Я ими не пользовалась, ничего сказать не могу. Но мне кажется что есть нечто такое (в виде мастера) в MWO и Genesys. Кажется есть отдельная программа от Nuhertz (которая автор filter solution). Всё это есть на ftp.

Мой скромный опыт широкополосного и сверхширокополосного согласования показал: для моих целей чаще всего задача решается установкой между согласующими четырехполюсниками самого примитивного аттенюатора. До этого много времени потратила на разработку собственной программы для широкополосного согласования , которая оказалось практически бесполезной (это было еще на ЕС-1060).Кстати, в приведенной Вами схеме согласование так-же осуществляется очевидно аттенюатором и некоторой частотно-зависимой схемой.
Это проходит там, где не критично уменьшение уровня сигнала согласующей цепью.

Общий закон такой: чем шире диапазон рабочих частот и больше перепад согласуемых сопротивлений -тем ниже "уровень согласования"

Посмотрите всё это, оно доступно, и сами определите для себя методику.

А я вот согласовываю (если правильно понял вопрос) с помощью фильтра ФНЧ - есть методика их расчета с практически любыми входными и выходными сопротивлениями (волновыми).
Ставите такую прибамбасину и все дела.
Да еще (чуть не забыл) - надо чтобы частота среза ФНЧ была выше полосы пропускания.
Можете даташитс глянуть AD8370 там приведен пример согласования с АЦП. (я проверял - работает классно!)

Для начала надо посмотреть частотную зависимость импеданса микросхемы в рабочей полосе. Все классические методики расчитаны на частотно независимые импедансы.
А согласование с помощью аттенюатора все же не очень честный прием. Естественно он уменьшит отражение на 2L (L - затухание на проход).

На практике делается так: Берутся S параметры устройства в виде s2p файла. Часто производители дают такой файл на своем сайте, но иногда приходится набивать его вручную. И с помощью программы Microwave Office или любой аналогичной (зависит от вкусов разработчика) рисуется цепь согласования на сосредоточенных или распределенных элементах (в зависимости от частоты). Рассчитывать ничего не надо - запускается оптимизация и решение готово. Правда надо знать структуру согласующей цепи, т.е. исходная схема, которая будет подлежать оптимизации - ее можно подобрать методом тыка или почитать умные книжки. Сам много раз это делал и все работает как надо. При этом надо иметь в виду (описывается в вышеупомянутой книке Маттея, Янга, Джонса), что при согласовании цепью без потерь при плохо согласованной изначально нагрузке и широкой полосе согласования качество согласования (КСВ или S11) будет плохое. Если полосу сузить, то качество можно улучшить. Если нагрузка изначально согласованна лучше, то и качество согласования тоже можно достичь лучшего. Согласование с помощью аттенюаторов неплохое, простое и вполне честное решение, но не всегда подходит. Например, при согласовании малошумящего усилителя если на входе будут резисторы, то коэффициент шума увеличится, а в мощном усилителе если согласовывать на выходе, то уменьшится величина максимальной выходной мощности. Но, в любом случае уменьшится усиление. Так. например, в ряде микросхем от AD (напримерAD8347) советуют на вход, который широкополосный, но не согласованный, ставить просто резистор 50 Ом.

Широкополосное согласование делают с помощью набора Г-цепочек. О согласовании очень подробно и с примерами написано на странице - soglasovat.narod.ru

Там есть и уроки по программа моделирования MWO - в ней можно смоделировать реальную топологию устройства.

При разработке "многочастотных" широкополосных устройств (например, переносчиков СВЧ диапазонов и других частотопреобразующих устройств) возникает такая задача: необходимо синтезировать цепь, которая в одной полосе частот является согласующей цепью, а в другой полосе частот эта-же цепь должна выполнять функции заграждающего фильтра, причем в этом диапазоне она должна обеспечивать либо хх, либо кз.
О каком-либо аналитическом расчете в этом случае говорить нельзя.
Вот для этих целей используется универсальная методика расчета таких цепей с применением ЭВМ.
Суть её проста: выбирается топология (схема) согласующей цепи, начальные значения параметров этой цепи, определяется целевая функция и проводится "оптимизация". Причем самым примитивным способом-перебором. В памяти остались :"Флетчер-Пауэл" и "Монте-Карло".
Так вот такого рода программы сейчас легко сделать тому, у кого есть регулярная потребность расчета широкополосных согласующих цепей с любым характером изменения импедансов в нескольких полосах частот.
Я в своё время сделала такую программу на Фортране. Тогда было неудобно ей пользоваться: носили колоду перфокарт и несколько суток ждали очереди "на счет". Сейчас такая относительно узкоспециальная программа может быть значительно эффективней , чем универсальные программы-монстры.





А почему?

Все же я привык считать, что задача согласования подразумевает достижение полной передачи мощности от источника к нагрузке.

PS. А прежде чем включать оптимизацию, лучше сначала понять как выбрать схему согласующий цепочки и прикинуть требуемые номиналы. Советовать начинающему сразу переходить к оптимизации не педагогично

Полной передачи не будет никогда. И далеко не всегда она нужна.
Посмотрите рекомендованный мной источник: там на первых страницах первого тома имеется весьма полезный график: сравнительные АЧХ широкополосной и узкополосной согласующей цепи.
Мощные и малощумящие усилители - это отдельный разговор.
Я-же не призываю всегда для согласования использовать аттенюаторы.


Начинающие задают вопросы в другом месте.
Уважаемый khach, как мне известно, не начинающий.
Да и вопрос этот не попадает под категорию сложных.

Для согласования комплексного импеданса в диапазоне частот неплохие результатаы получал применением ступенчатых переходов. Конечно все зависит от дипазона частот- в смысле физической реализуемости.
Конечно городить нечто такое для микросхемы...это вопрос.

Рекомендую автору темы почитать AN от Motorola по поводу согласований.

Спасибо всем за ответы!
Проблема на самом деле оказалась несколько сложнее. Опишу задачу подробно. Необходимо стабилизировать аплитуду на выходе генератора в широком диапазоне с точностью 0.3dBm или лучше. Сейчас диапазон у макета 10-200Мгц, в перспективе до 1ГГц. Логарифмический детектор соответственно- чувствительный элемент схемы стабилизации аплитуды, с него аналоговая обратная связь идет на усилитель. Также требование ТЗ- недопустимость резких скачков амплитуды сигнала в пределах этих 0.3дБ допустимой неравномерности. Т.е цифровая коррекция АЧХ отпадает- плавно плавать амплитуда при перстройке по частое может, а ступеньки при смене корректирующего кода- недопустимы. Поэтому возникло желание линеаризовать отклик логарифмического детектора во всем диапазоне частот и скорректировать им АЧХ направленного ответвителя (по возможности). Как оказалось, согласования AD8307 по входу (так, чтобы предидущая схема "невидела" отраженного сигнала- резистором, аттенюатором) недостаточно для линеаризации (или приближения к ней) АЧХ детектора. Надо согласовывать так, чтобы ВЧ сигнал "влезал" в детектор ( и там соответственно детектировался).
Уважаемая Mirabella

Нельзя ли было бы взглянуть на исходники Вашей программы (если, конечно, это несвязяно со всяческими копирайтами и копилефтами)?

Сначала вопросы.
1. 0.3dBm от какого уровня? М.б. речь идет о 0.3дБ? Окаком уровне сигнала идет речь?
2. Предполагается ли точная РЕГУЛИРОВКА уровня или ТОЧНОЕ ПОДДЕРЖАНИЕ уровня?
3. Требования по гармоникам есть?
4. Есть ли надобность в 90дБ диапазоне?
5. А синхронный АМ детектор (при наличии НО) м.б. лучше линеаризованого логарифмического?

Впрочем, без знания задачи гадать и спрашивать - пустое дело. "Быки и коровы"

*** ikolmakov в №8 прав, согласование подразумевает максимальный коэффициент передачи по мощности, а не снижение влияния нагрузки на параметры источника. Варианты ПАССИВНОГО согласования существуют в виде КОМПЕНСИРОВАННЫХ аттенюаторов (т.е. у них передаточная характеристика компенсирует изменение к-та передачи последующего каскада). Есть еще вариант смешанного (с потерями) согласования.

To: Mirabella Сергеевна

С помощью аттенюатора я могу согласовать конденсатор любого номинала (хоть выгоревший ) с 50 омным активным сопротивлением по уровню КСВ не больше 2-х. Но вопрос - а согласование ли это???




Хорошо подмечено.


dBm всегда было от 1 mW на любом сопротивлении нагрузки.


Может и лучше, но Вы вообще встречали практические реализации синхронного детектора работающего в полосе 10 MHz...1 GHz со стабильными параметрами??? Если "да" то пожалуйста ссылку! Но не на теорию, ее я прекрасно знаю и так...

P.S.: А теперь, что собственно я хотел спросить. А как на СВЧ (например 10 GHz) можно реализовать широкополосный (не резонансный) трансформатор? Не согласователь импедансов а просто активных сопротивлений например 450 и 50 Om, как на ВЧ трансформатор на ферритовом кольце. Как это осуществляется технологически???

А как на СВЧ (например 10 GHz) можно реализовать широкополосный (не резонансный) трансформатор? Не согласователь импедансов а просто активных сопротивлений например 450 и 50 Om, как на ВЧ трансформатор на ферритовом кольце. Как это осуществляется технологически???
[/quote]
Посмотрите на www.macom.com, хотя вряд ли до 10ГГц есть, но как делается, увидите

Программа писалась более 20 лет тому назад для машины ЕС 1060 (у нас она занимала целый этаж).
Т.н. "исходник" - это толстая пачка перфокарт и распечатка длиной несколько метров.
Естественно, это всё не сохранилось.
Да наверное оно и не надо: главное - алгоритм, который можно сейчас реализовать очень просто.




Как мне кажется указанная точность (это наверное плюс\минус 0.15 дБмВт) - нереально, тем более в диапазоне до 1 ГГц и тем более без цифровой коррекции.

Я уже ответила на этот вопрос.
Еще раз:
Согласование с помощью аттенюатора - вполне нормально и "законно".
Это совсем не означает, что всегда и везде надо осуществлять согласование только с помощью аттенюаторов.
По моим наблюдениям- согласование с помощью "поглощения" осуществляется по крайней мере не реже, чем согласование с помощью "отражения".
Особенно в малосигнальных и измерительных широкополосных устройствах.

(Наверное опять непонятки с терминологией: для кого-то широкая полоса - 10 МГц, а для кого-то узкая -1 ГГц)



Сам по себе термин "согласование" - весьма интересный и нейтральный.
При его использовании целесообразно поинтересоваться сначала т.н. "критерием согласования".
Если стоит задача: "согласовать выгоревший конденсатор любого номинала с 50-омным сопротивлением по уровну КСВ не более 1.0005 в полосе 10 ГГц " и Вы её решаете с помощью аттенюатора 120 дБ - это вполне нормально, по крайней мере не противоречит продекларированной Вами постановке задачи.

А точно так-же, как и на других частотах.
И тем более в этом случае надо избавиться от иллюзии "максимального коэффициента передачи".
Сначала надо определиться с понятием "широкой полосы".
На 10 ГГц согласующие цепи будут реализованы в виде совокупности линий передачи с распределенными параметрами.
А например, для октавных усилителей СВЧ диапазона желательно использование (в т.ч. для целей согласования) балансных схем.
Известно, что в этом случае КСВН входа (выхода) зависит не от степени согласования усилительных каскадов, а от степени их неидентичности. (Об этом можно почитать на стр.382 второго тома упомянутой мной книги).
Таким образом, при проектировании усилителя 8....18 ГГц использую аж три способа согласования: реактивными цепями, поглощающими цепями и направленными ответвителями.
Кстати - использование НО - самый эффективный способ : каким еще способом можно обеспечить одновременно и нужную селективность и низкое значение КСВН в полосах запирания фильтров?

1. Принято к уровню. но не к точности поддержания.
2. СИнхро АМ - Это часть моей работы. полосу идеализировать и слишком расширять не стоит без дополнительных (и точно обозначенных) условий.
Собственно к PS.
Очень грубо - каково соотношение сопротивлений выход/вход. такова и полоса ---- это если очень просто.
Если нужна точность - считайте.
На феррите можно, но потери. ну уж очень на любителя, вроде резисторного аттенюатора, да еще и с дополнительными кренденлями.
Технолгически - многокаскадный мост Ланге.

Согласен!

Так Вы видимо это решаете петлей Костаса? Ну, в сравнении с методом автора это минометный ковровый обстрел в сравнении с работой снайпера . В смысле может где-то и эффективнее но уж больно сложно, дорого и страшно.

To: Vladimir201 & Mirabella Сергеевна
Спасибо за ответы по сути, на мой вопрос. Но еще одна маленькая просьба - а не могли бы вы отослать меня ( ) к красивым фотографиям (не иллюстрациям из книг!) всего того безобразия что насоветовали. Пусть это будут рекламные проспекты в виде PDF или еще что... Ибо как говориться "лучше один раз увидеть..."

1. Петля Костаса здесь ни при чем, для данного случая, конечно, сложновато будет. Возьмем AD8348 в качестве перемножителя с предварительным усилителем с АРУ и логарифмический усилитель AD8309(для формирования опорного канала и сигнала АРУ).
2. Согласование по входам по типу амплитудного корректора (копенсированный аттенюатор). Реальный вариант приведен автором темы.
3. Ответ скорее автору темы - расчет м.б. проведен в MWO (и даже MicroCap версий выше 7) по S-параметрам. Я пользуюсь Genesys от EagleWare - он мне просто понравился когда-то; удобная оптимизация.
4. На 10ГГц устройства согласования строятся на ФНЧ или ФВЧ, также как и на одном МГц, только потерь больше и их не всегда можно учесть вполне. Из книг заслуженных посмотрите В.И.Каганов "Проектирование транзисторных радиопередатчиков с применением ЭВМ".
5. Загляните в MicroWave Journal - просто немерянное число отличных фотографий.

Извините, что поднимаю старую тему, но для меня это сейчас актуальный вопрос.
Пытаюсь разобраться с широкополосным согласованием. Узкополосным заниматься приходилось, но это просто (хх шлейф, расчитанный по номограмме Вольперта). Интересует именно (хотя бы приблизительный) расчет. Не оптимизация в умной программе, а именно расчет. Ведь 30 лет как-то считали на бумаге?
1. Есть сопротивление. Допустим 5+j10 Ом.
СЦ, насколько я понимаю, это ФНЧ? Порядок его определяется полосой?
2. Какие сопротивления брать за основу? С одной стороны 50 Ом, а с другого? 5 Ом? (тогда куда девать реактивность?) Или модуль комплексного сопротивления (т.е. 11 Ом)?
3. Как сосредоточенные элементы, найденные например по Ханзелу, пересчитать в отрезки МПЛ? Есть какая-нибудь литература?

Если вы умеете синтезировать согласующий четырехполюсник для вашей задачи, то для пересчета сосредоточенных элементов в отрезки МПЛ (в ограниченной полосе) можете воспользоваться соотношениями из книги В.Фуско "СВЧ цепи".
Для реализации согласующей цепи на элементах МПЛ также можете воспользоваться алгоритмом согласования комплексной нагрузки с помощью ступенчатых переходов, описанным А. Курашовым в книге "Коротковолновые антенны" , Айзенберг, Белоусов, Журбенко и пр., 1984 г., стр.67.

Для согласования чисто активных сопротивлений на СВЧ имеется классический и,пожалуй самый древний, способ. Считается промежуточное сопротивление четвертьволнового трансформатора по формуле Zтр=sqrt(Zвх*Zвых). Исходя из полученного значения считается ширина линии передачи (например МПЛ или компланара). Полученная линия передачи (с длиной=лямбда/4) "вставляется" между согласующими сопротивлениями. Отмечу, что согласование узкополосное. Немного расширить полосу помогают не одна ступень трансформации, а несколько. Это описано в Сазонове,если не ошибаюсь. Если надо, могу покопаться.

На сколько можно верить оптимизации с помощью умных программ?
Расчитанное согласование на четвертьволновых трансформаторах неинтересно габаритами. Оптимизированное, с переменной длиной скачков сопротивления, более вкусное в этом плане. На сколько точно совпадает оно с реальностью?

Настолько точно, насколько вы учитываете паразитные емкости переходов при больших перепадах волновых.

Это то, что в MWO задается элементом MSTEP? Или все равно остаются паразитные емкости?

По идее, да, правда в хелпе не указаны пределы применимости этого элемента. Лично я этим никогда не пользовался. Проверьте сами на каком-нибудь примере, взяв формулу из какого-нибудь источника.

Ошибка вылезает при скачке ширин МПЛ более чем в 20 раз. По идее, если не приближаться к этой границе, то не должно бы сильно сказываться.
На днях придется проверить на практике. Как будут результаты, доложу.

Изначально вопрос был скорее всего даже не погласованию, а по принципам рассчета широкополосных аттенюаторов- эквалайзеров. Т.е из реальной частотной характеристики детектора, чем она там обусловленна-неизвестно, или отражениями, или просачиваниями мимо детектора, надо было получить максимально плоскую АЧХ в многооктавном диапазоне и желательно 50 ом активного по входу.
Т.е П-образное (или Т-образное) звено резистивного аттенюатора обвешивается емкостями, индуктивностями, полосковыми элементами, для компенсации отклика детектора в частотной области. Вот про наукообразный рассчет этой обвязки и вопрос. Методы, формулы, статьи. А то получается сплошное шаманство, тем более что описать целевую функцию оптимизатора как "максимально плоская АЧХ" как-то неполучается аналитически.

Кстати, как описать критерий "максимально плоская АЧХ" - отдельный интересный вопрос. Как-то натыкался на что-то подобное, но никаких деталей не помню.

Давайте подумаем. Как рассчитать для некоторого набора частот S-матрицу четырехполюсника, имея предполагаемую схему, интерполируемую таблично заданную S-матрицу корректируемого элемента и номиналы элементов, мы тоже хорошо знаем. В качестве целевого функционала можно принять взвешенную сумму квадратов модуля разности S от целевого значения для этого набора частот. Или даже можно попробовать и другие нормы, в выборе нормы всегда есть произвол.

У нас получилась задача нелинейной оптимизации по номиналам компонентов схемы. При этом якобиан и гессиан считаются аналитически. А самой нелинейной оптимизацией лучше заниматься численно на компьютере.

А линией передачи определенного сопротивления и определенной длины можно согласовать любые импедансы, не только чисто активные (сопротивление линии - радиус на диаграмме Смита, длина - длина дуги на той же диаграмме, а дугой можно соединить любые 2 точки) в теории. Но я никогда не видел такое на практике... почему так не делают, если полоса нужна узкая?

brag

В частных случаях делают. Просто эта схема не вполне универсальна, т.к. при высоком КСВ часто не удается физически реализовать нужное волновое сопротивление, да и длину не всегда просто варьировать.

понятно, спасибо.
покрутил ,да действительно волновое сопротивление влияет довольно сильно, и частота тоже влияет неслабо