Создание «умного» малошумящего усилителя

Измерительная задача

К измерительному прибору (например, анализатору сигналов) часто подключают специализированные компоненты, чтобы адаптировать его для выполнения определенной измерительной задачи. Это могут быть кабели (очень длинные, чтобы подключить далеко расположенные ИУ), фильтры (для блокирования высокоамплитудных составляющих сигналов, которые ограничивают чувствительность измерения) и малошумящие усилители (LNA или МШУ), которые повышают чувствительность измерительного оборудования. Большинство этих компонентов уже встроены в усовершенствованные анализаторы спектра и сигналов или могут быть заказаны и интегрированы как дополнительное оборудование (например, предусилитель (МШУ)).

Однако выбор интегрируемых компонентов — это всегда компромисс. В частности, для результативной работы МШУ необходимо компромиссное соотношение полосы пропускания, коэффициента усиления, коэффициента шума и согласования. А компромисс нельзя назвать идеальным решением той или иной задачи. При измерении коэффициента шума современного усилителя может понадобиться дополнительный МШУ, чтобы повысить чувствительность прибора. Зачастую необходимы очень высокий коэффициент усиления и идеальное согласование, но только в очень небольшом диапазоне частот, например от 1,5 ГГц до 2 ГГц, чего нельзя достичь со встроенными компонентами, так как они обеспечивают стабильность работы во всем заявленном частотном диапазоне прибора, например от 2 Гц вплоть до 67 ГГц или выше.

Решение от компании Rohde & Schwarz

Компания Rohde & Schwarz рекомендует подбирать внешний компонент, который оптимален для решения конкретной задачи, и добавлять его в схему измерения. При использовании дополнительного компонента в схеме измерения результат измерения должен определять характеристики ИУ, а не этого компонента. Как же компенсировать влияние внешнего компонента, например, на коэффициент усиления и АЧХ?

Анализатор спектра и сигналов R&S®FSW, как и многие другие приборы и пакеты ПО от компании Rohde & Schwarz (например, ПО векторного анализа сигналов R&S®VSE), дает возможность пользователю настраивать коррекцию АЧХ (опция R&S®FSW-K544 в приборе R&S®FSW). Эта опция применяет фильтр, который компенсирует любую заданную АЧХ, включая постоянное усиление или ослабление.

В примере с внешним МШУ измеряются S‑параметры этого устройства с помощью векторного анализатора цепей (ВАЦ), что обеспечивает работу МШУ в своем линейном диапазоне, а данные экспортируются в файл Touchstone. Файл Touchstone (например, формата s2p) импортируется в опцию R&S®FSW-K544, затем применяется коррекция. Результаты измерения, отображаемые, например, на экране анализатора R&S®FSW, соответствуют ситуации, при которой в R&S®FSW интегрирован внешний МШУ в качестве компонента.

Возможно даже шлейфовое подключение компонентов. Программная опция R&S®FSW-K544 поддерживает объединение матриц S‑параметров

нескольких компонентов или даже согласование входов и выходов прибора и ИУ по мере необходимости. Для интеграции МШУ или компонента в схему измерения и полной компенсации АЧХ выполните следующие действия:

Шаг 1. Измерьте компонент с помощью ВАЦ и экспортируйте файл Touchstone, содержащий двухпортовые S-параметры.

Шаг 2. Импортируйте файл Touchstone в R&S®FSW-K544 и активируйте настраиваемую пользователем коррекцию АЧХ.

Шаг 3. Измерьте ИУ с помощью любого измерительного приложения R&S®FSW, используя свои полностью скомпенсированные компоненты.

Настраиваемая пользователем коррекция АЧХ позволяет делать свои компоненты «умными». Для этого достаточно просто задать их S-параметры.