RF DEVRELERİ AKTİF-PASİF BİLEŞENLER NEDİR ?
RF Devreleri aktif elemanları nedir ? RF Devreleri pasif elemanları nedir ? Aktif – pasif elemanlar nasıl kullanılır ? RF devrelerinde bileşen seçimi nasıl yapılmalıdır ? Bugün RF Devreleri Aktif-Pasif Bileşenler nedir adlı yazımız ile karşınızdayız.
Başlayalım.
RF AKTİF-PASİF BİLEŞENLER
RF Devrelerinde Pasif Bileşenler
RF sistemleri, diğer tipteki elektrik devrelerinden temel olarak farklı değildir.Aynı fizik yasaları geçerlidir ve sonuç olarak RF tasarımlarında kullanılan temel bileşenler dijital devrelerde ve düşük frekanslı analog devrelerde de bulunur.
Bununla birlikte, RF tasarımı, benzersiz bir dizi zorluklar ve hedefleri içerir ve sonuç olarak, RF’nin kapsamında çalışırken, özel dikkat gerektiren bileşenlerin özellikleri ve kullanımları bulunmaktadır.
Ayrıca, bazı entegre devreler, RF sistemlerine oldukça özel bir işlevsellik gösterirler – düşük frekanslı devrelerde kullanılmazlar ve RF tasarım teknikleri konusunda çok az deneyimi olan kişiler tarafından iyi anlaşılmamış olabilirler.
Bileşenleri genellikle aktif veya pasif olarak kategorize ederiz ve bu yaklaşım RF alanında eşit olarak geçerlidir.
Kondansatörler
İdeal bir kondansatör, bir 1 Hz sinyal ve 1 GHz sinyali için tam olarak aynı işlevselliği sağlar.Ancak bileşenler asla ideal değildir ve yüksek frekanslarda kondansatörün non-idealiteleri oldukça önemli olabilir.
“C”, birçok parazit eleman arasında gömülü olan ideal kapasitöre karşılık gelir.Plakalar (RD), seri direnç (RS), seri endüktans (LS) ve PCB pedleri ile zemin düzlemi arasındaki paralel kapasitans (CP) arasında sonsuz direnç vardır.
Yüksek frekanslı sinyaller ile çalışırken en önemli non-idealite indüktanstır.Bir kondansatörün empedansının frekans arttıkça sonsuz bir şekilde azalmasını bekleriz, fakat parazit olarak indüktansın varlığı empedansın kendiliğinden rezonans frekansında azalmasına neden olur ve daha sonra artmaya başlar
İndiktörler
İdeal bir indüktör, frekans arttıkça sürekli olarak artan empedans sağlar, ancak paralel kapasitör sonucunda cevabı domine eder ve sonuç, frekans arttıkça azalan empedans olur.Bu yüzden, hem kapasitörler hem de indüktörlerin, RF devreleri, özellikle de 1 GHz’nin üzerindeki frekanslara sahip RF devreleri için kullanıldıklarında dikkatle seçilmesi gerektiğini görüyoruz.
Dirençler
Dirençler bile yüksek frekanslarda sorunlu olabilir, çünkü bunlar seri endüktansa, paralel kapasitansa ve PCB pedleri ile ilişkili tipik kapasitansa sahiptir.
Ve bu önemli bir noktaya işaret ediyor ki yüksek frekanslarla çalışırken parazit devre elemanları her yerdedir.Dirençli bir eleman ne kadar basit veya ideal olursa olsun, yine de bir PCB’ye entegre edilmeli ve lehimlenmelidir.
Aynı şey diğer herhangi bir bileşen için de geçerlidir.Eğer entegre edilmişse ve tahtaya lehimlenirse, parazit unsurlar mevcuttur.
Kristaller
RF’nin özü, yüksek frekanslı sinyalleri manipüle eder, böylece bilgi aktarırlar, fakat manipüle etmeden önce, üretmemiz gerekir.Diğer devrelerdeki gibi, kristaller kararlı bir frekans referansı oluşturmak için temel bir araçtır.
Bununla birlikte, dijital ve karışık sinyal tasarımında, kristal bazlı devrelerin aslında bir kristalin sağlayabileceği kesinlik gerektirmediğ için, sonuç olarak kristal seçiminde dikkatsiz hale gelinmesi muhtemeldir.
Buna karşılık bir RF devresi, sıkı frekans gereksinimlerine sahip olabilir ve bu sadece başlangıç frekansı hassaslığını değil, aynı zamanda frekans kararlılığını da gerektirir.
Sıradan bir kristalin salınım frekansı, sıcaklık değişimlerine duyarlıdır.Ortaya çıkan frekans kararsızlığı, RF sistemleri için, özellikle ortam sıcaklığında büyük değişikliklere maruz kalacak olan sistemler için problem yaratır.
Dolayısıyla, bir sistem bir TCXO, yani bir sıcaklık-dengeli kristal osilatör gerektirebilir. Bu cihazlar, kristalin frekans varyasyonlarını dengeleyen devre içerir:
Baluns
RF sistemlerinde yaygın olan ancak başka yerlerde nadir görülen bir bileşen balundur.Bu isim, “dengelenmiş dengesiz” kelimesinden gelmektedir ki bu ifadeler, balunların diferansiyel (yani, dengeli) sinyalleri tek uçlu (yani, dengesiz) sinyallere dönüştürmek için kullanıldığını veya tek uçlu diferansiyele dönüştüğünü hatırlamamıza yardımcı olur.
Balunlar devre sembolünden görebileceğiniz gibi genel transformatör kategorisine girerler.
Düşük frekanslı devrelerde, genellikle tek uçlu ve diferansiyel arasında dönüştürmek için amplifikatörler kullanırız, oysa RF balunlarda yaygındır.Neden farklı?
Buradaki açıklama, birçok RF tasarım kararını etkileyen bir gerçektir.Basit pasif bileşenler, çok yüksek frekanslarla uğraşırken genellikle IC bazlı eşdeğerlerden daha pratiktir.
Antenler
Bir anten, bir RF elektrik sinyalini elektromanyetik radyasyona (EMR) dönüştürmek için kullanılan pasif bir bileşendir veya tersidir Diğer bileşenler ve iletkenler ile EMR’nin etkilerini en aza indirmeye çalışırız ve antenler ile uygulamanın ihtiyaçlarına göre EMR’nin üretimini veya alımını optimize etmeye çalışırız.
Anten bilimi hiçbir şekilde basit değildir.Belirli bir uygulama için optimal olan bir anteni seçme veya tasarlama sürecini çeşitli faktörler etkiler.
Daha yüksek frekanslara çeşitli tasarım zorlukları eşlik etmekle birlikte, sistemin anten kısmı frekans arttıkça daha az sorunlu hale gelebilir, çünkü daha yüksek frekanslar daha kısa antenlerin kullanılmasına izin verir.
Günümüzde, PCB’ye tipik bir şekilde monte edilen bileşenler gibi PCB’ye lehimlenen bir “çip anteni” veya PCB düzenine özel olarak tasarlanmış bir izin dahil edilmesiyle oluşturulan bir PCB anteni kullanmak yaygındır.
Yüzey Montajlı vs Boşluk Üzerinden
Daha önce, eşdeğer devrelerin yüzey montaj bileşenlerini nasıl kullandığımızı anladım.
Delikli bileşenler hiçbir şekilde RF için uygun değildir, ancak yüksek frekanslı sinyallerle çalışırken yüzey montajlı ambalajın kendinden üstün olduğunu anlamak önemlidir.
Yüzey montaj teknolojisi çeşitli avantajlar getiriyor, ancak bu durumda özellikle endüktanstan bahsediyoruz ki yüksek frekanslı devrelerde parazit içeren indüktansı en aza indirmek istiyoruz.Daha uzun kablolar daha fazla endüktansa sahiptir ve sonuç olarak yüzeye monte paketleme tercih edilir.
RF Devrelerinde Aktif Bileşenler
Pasif bileşenlerde olduğu gibi, RF devrelerinde kullanılan aktif bileşenler, tipik olarak düşük frekanslı analog sistemlerde bulunan aktif bileşenlerle birçok özelliği paylaşır.
Bununla birlikte, RF tasarımına oldukça spesifik olan belirli bileşenler vardır. Ayrıca, RF bileşenlerinin çok yüksek frekanslarda yeterli performansı muhafaza etmesini sağlamak için sıklıkla farklı yarı iletken teknolojiler kullanılır.
Amplifikatörler
Genellikle bir operasyonel amplifikatör etrafında inşa edilen amplifikatör devreleri, hem düşük frekanslı hem de yüksek frekanslı analog tasarımda oldukça yaygındır.RF sistemlerinde iki temel amplifikatör tipi vardır; güç amplifikatörleri ve düşük gürültülü yükselteçler.
Birincisi, iletimden önce bir RF sinyalinin güç seviyesini arttırmak için kullanılır ve ikincisi, anten tarafından alınan (genellikle çok küçük) sinyalleri yükseltmek için kullanılır.
Güç Amplifikatörleri
Güç amplifikatörü veya PA, antene gönderilmeden önce sinyalin güç seviyesini arttırmak için kullanılır. Ses devrelerinde benzer bir durum bulunur.Ses sinyalinin genlik’i voltaj açısından mükemmel olabilir, ancak hoparlör bobine büyük miktarda akım sağlamak için bir güç amplifikatörü gereklidir.
Seste, daha fazla akım daha fazla güce karşılık gelir ve bu da daha fazla hacme karşılık gelir.RF’de, daha yüksek güç daha uzun menzil anlamına gelir.
Düşük Gürültülü Amplifikatörler
Düşük gürültü amplifikasyonu gerektiren pek çok RF olmayan uygulama vardır, ancak “düşük gürültülü amplifikatör” ifadesi sadece RF bağlamında yaygındır.Aslında, genellikle terimin kısaltılmış halini, yani LNA’yı duyarız.
Bir anten tarafından verilen alınan sinyal çok düşük bir büyüklükte olabilir ve ayrıca, gürültüye gömülür.Bu sinyalin daha fazla işlem için güçlendirilmesi gerekir, fakat aynı zamanda sinyal-gürültü oranının daha da bozunmasını en aza indirmek de önemlidir.Bu nedenle, düşük gürültülü bir amplifikatör, asgari gürültüye katkıda bulunurken yüksek voltaj kazancı sağlayacak şekilde tasarlanmıştır.
Bir LNA’nın gürültü performansı, amplifikatör tarafından yaratılan SNR bozunma miktarına (dB) karşılık gelen “gürültü figürü” (NF) ile ölçülür. Böylece, ideal bir amplifikatör NF = 0 dB’ye sahip olacaktır ve gürültü performansı azaldıkça NF artacaktır.
Karıştırıcılar(Mixers)
Bir başka temel RF bileşeni, karıştırıcıdır. Bu isim yanıltıcı olabilir; bir RF mikseri, bir ses mikseri gibi sinyalleri birleştirmez.Bunun yerine bir RF mikseri iki giriş frekansı alır ve çarpma yoluyla üçüncü bir çıkış frekansı üretir.Başka bir deyişle, bir mikser frekans çevirisini gerçekleştirir.
Karıştırıcılar, sinyalin ayrıntılarını koruyacak şekilde sinyallerin daha yüksek veya daha düşük frekanslara kaydırılmasına izin verir. Örneğin, bilgi taşıyan (yani, modüle edilmiş) bir baz bant sinyali, kablosuz iletim için uygun olan daha yüksek bir frekansa kaydırılabilir ve iletilen sinyal, temel bant sinyalinde mevcut olan önemli modülasyon detaylarını koruyacaktır.
Faz Kilitlemeli Döngüler
Periyodik bir sinyalin gerçek nesli, pasif bileşenlerin alanı ile daha yakından ilişkilidir, ancak bu periyodik sinyalleri manipüle etmek için aktif bileşenler kullanılır.
Bir faz kilitli döngü (PLL) aslında bir alt bileşen sistemidir ve en azından bir faz detektörü, bir alçak geçiren filtre, bir voltaj kontrollü osilatör (VCO) ve bir frekans bölücüdür ki bir giriş frekansından üretilen çok çeşitli çıkış frekanslarına izin verir
Bir PLL’yi yüksek hassasiyetli bir sıcaklık-kompanse osilatör ile birleştirmek, son derece doğrudur fakat sabit referans frekansını, son derece hassas olan ancak değişken çıkış frekansları üretebilen bir sisteme dönüştürür.Bir PLL ile birleştirilmiş bir osilatör, bir sentezleyici, yani, bir dizi frekans üretebilen bir bileşen olarak adlandırılır.
RF tasarımında osilatör frekansını ayarlama yeteneği çok önemlidir.Paraziti önlemek için belirli bir sistemin farklı kanallarda çalışması gerekebilir ve bu nedenle salınım devresinin frekansa göre ayarlanması gerekir.
Ayrıca, bitişik kanallar arasındaki frekans aralığı nispeten küçük olabilir ve bu nedenle ayarlamalar kesin olmalıdır.
Veri Dönüştürücüler
RF mühendislik gelişimi bağlamında standart bileşenler olmasa da, birçok RF sisteminde analogdan dijitale dönüştürücülerin (ADC’ler) ve dijital-analog dönüştürücülerin (DAC’lerin) gittikçe daha önemli olduğunu kabul etmek önemlidir.
ADC’ler ve DAC’ler, RF sistemlerinin dijital sinyal işleme teknikleriyle sunulan özel yeteneklerden ve yazılım tabanlı çözümlerle ilişkili genel esneklik ve rahatlıktan faydalanmasını sağlar.
“Yazılım tanımlı telsiz” (SDR) terimi, RF sinyal zincirinin önemli bölümlerini uygulamak için yazılıma dayanan kablosuz iletişim sistemlerini ifade eder.
Veri dönüştürücüler, bu tür sistemlerde kritik bileşenlerdir – örneğin, bir DAC doğrudan bir temel bant dalga formu oluşturmak için kullanılabilir veya bir ADC, bir alınan bir ana bant dalga şeklini (daha sonra bir dijital sinyal işlemcisinde daha sonra analiz yapılması) sayısallaştırmak için kullanılabilir.
SDR’ler ek tasarım karmaşıklığı getirebilir, ancak belirli uygulamalarda özellikle değerli avantajlar sunarlar.
RF Yarıiletkenler
Yarı iletken üretiminde silikon , hâlâ baskın bir malzemedir.Bununla birlikte, diğer materyaller RF sistemlerinde bulunan yüksek sinyal frekansları ile daha uyumludur.
RF yarıiletkenlerde kullanılan üç alternatif malzeme galyum nitrür (GaN), galyum arsenit (GaAs) ve silikon germanyum (SiGe) ‘dir. Özelleştirilmiş yarı iletken teknolojileri, aşırı yüksek frekanslarda, yani 100 GHz’nin üzerinde yeterli performansı koruyan cihazların imal edilmesini mümkün kılar.
IC (Integrated Circuit)
Düşük frekanslı cihazlarda olduğu gibi, RF entegre devrelerde temel aktif bileşen transistördür.Ancak, şimdiye kadar çok sayıda transistörden oluşan cihazlara başvurmak için “bileşen” kelimesini kullandık.
Bunun gerekçesini anlamak önemlidir çünkü yüksek performanslı, yüksek frekanslı RF bileşenlerinin tasarlanması son derece zorlayıcıdır.Pratik RF mühendisliği, bu bileşenleri fonksiyonel devrelere birleştirmeye ve daha sonra ortaya çıkan çeşitli karmaşık sorunlarla uğraşmaya odaklanmıştır.
Aktif Komponentler Sonuç :
RF sistemleri için tasarlanan aktif bileşenler, özel işlevsellik sunabilir veya standart işlevler sunabilir, ancak yüksek frekanslarda performansı korumak için daha fazla yetenekli olabilirler.
Bir RF amplifikatörü genellikle bir güç amplifikatörü (PA) veya bir düşük gürültülü amplifikatör (LNA) olarak kategorize edilir. İlk iletim için hazırlıkta güç kazancı sağlar ve ikincisi yüksek voltaj kazancı ve düşük gürültü seviyesi sağlar.
RF mikserleri, iki giriş sinyalini çarparak frekans çevirisini gerçekleştirir.
Bir faz kilitli döngü (PLL) bir frekans sentezleyici üretmek için bir osilatör ile birleştirilebilir.
ADC’ler ve DAC’ler, bazı RF cihazlarında önemli bileşenlerdir. Modern kablosuz sistemlerde giderek daha yaygındırlar ve yazılım tanımlı radyolarda çok önemlidirler.
SiGe, GaAs ve GaN, yüksek performanslı RF uygulamalarında silikondan üstün uzman yarı iletken malzemelerdir.
Pasit Komponentler Sonuç :
Bazı bileşenler sadece RF uygulamalarında yaygındır ve diğerleri ise, yüksek frekanslı davranışları nedeniyle daha dikkatli seçilmeli ve uygulanmalıdır.
Pasif bileşenler, parazit indüktans ve kapasitansın bir sonucu olarak, istenmeyen frekans cevabı verirler.
RF uygulamaları, dijital devrelerde yaygın olarak kullanılan kristallerden daha doğru ve/veya kararlı kristaller gerektirebilir.
Balunlar, tek uçlu ve diferansiyel sinyalizasyon arasında yüksek frekans dönüşümüne izin verir.
Antenler, bir RF sisteminin özelliklerine ve gereksinimlerine göre seçilmesi gereken kritik bileşenlerdir.
RF DEVRELERİ AKTİF-PASİF BİLEŞENLER NEDİR SONUÇ :
Bugün RF Devreleri aktif-pasif bileşenler nedir adlı yazımızı sizlerle paylaştık.Aşağıda da görüleceği üzere aktif ve pasif bileşenler olarak farklı sonuçların açığa çıktığı ortadadır.Bu sebeple de daha dikkatli olmak büyük önem arz etmektedir.
İyi Çalışmalar