Журнал РАДИОЛОЦМАН, ноябрь 2011
Jefferay Lawton, Microchip Technology
Варикапы нашли широкое применение, прежде всего, в радиочастотных цепях, в качестве емкости, управляемой внешним напряжением. Эта разновидность диодов часто применяется для перестройки различных схем, таких как ВЧ генераторы или фильтры, используемые, например, в беспроводных микрофонах или простых системах двухсторонней радиосвязи. Разработчикам, вероятно, будет полезно узнать о преимуществах управления варикапами с помощью ЦАП, имеющих встроенную энергонезависимую память.
Варикап – это диод, работающий при обратном смещении, создающем обедненную область возле p-n перехода. Изменяя величину обратного смещения, можно управлять шириной обедненной области и, соответственно, эффективной емкостью диода. При увеличении обратного напряжения емкость уменьшается.
В технических характеристиках варикапов указываются номинальная емкость и диапазон емкостей, которые можно получить при максимальном и минимальном управляющем напряжении. Расширение диапазона управляющих напряжений расширяет диапазон доступных емкостей, но разработчиков может интересовать еще и такой параметр, как крутизна зависимости емкости от напряжения.
Традиционно, для управления варикапами используют ЦАП. Большинство ЦАП имеют диапазон выходных напряжений от 0 до 5.5 В. Если такого управляющего напряжения недостаточно, можно воспользоваться высоковольтным ЦАП. Однако, скорее всего, экономически эффективнее будет сдвиг уровня обычного недорого ЦАП с помощью высоковольтного ОУ в неинвертирующем включении.
 |
|
Заграждающий LC-фильтр в управляемом напряжением генераторе не препятствует ЧМ модуляции в беспроводных микрофонах и радиовещательных устройствах. Встречное включение варикапов минимизирует влияние модуляции ВЧ. |
ЦАП может оказаться потенциальным источником ошибок. На варикап влияют любые вариации управляющего напряжения, приводя к нежелательному изменению емкости. Если для управления ЦАП используется микроконтроллер, детерминированные ошибки могут быть учтены и скомпенсированы программно. Основные источники ошибок, которые необходимо принимать во внимание – это нелинейность варикапа, ошибки смещения и интегральная нелинейность ЦАП. Причиной нежелательной ВЧ модуляции могут быть, также, источники помех, в частности, антенна системы. На схеме показан совмещенный с генератором LC-фильтр. Осуществлению ЧМ модуляции в вышеупомянутых радиоустройствах этот фильтр не препятствует.
Встречное включение варикапов минимизирует эффект модуляции ВЧ. При изменении управляющего напряжения емкость одного диода увеличивается, а другого уменьшается, в результате чего суммарная емкость остается постоянной. Обратите внимание, что диоды включены последовательно, и, следовательно, их общая емкость равна половине емкости одного диода.
Чтобы дополнительно защитить ВЧ сигналы от влияния внешних цепей, управляющее напряжение надо подавать через изолирующий резистор, или через высокочастотный дроссель.
Обратим внимание и на другие преимущества использования ЦАП для управления варикапом. В многокаскадных приложениях могут применяться многоканальные ЦАП. Например, взяв четырехканальный ЦАП, три канала можно использовать в отельных низко-, средне- и высокочастотных полосовых фильтрах, а четвертый подключить к цепи калибровки управляющего напряжения, или отключить, если в нем нет необходимости. Исключение отельных схем формирования управляющего напряжения поможет уменьшить время разработки и площадь печатной платы.
В некоторых ЦАП, таких например, как MCP4728, имеется встроенная энергонезависимая память, в которой можно хранить конфигурационную информацию, скажем, уровни выходных напряжений и статус канала (включено/выключено). Это позволяет сделать так, чтобы после сброса или включения питания устройство всегда оказывалось в предопределенном состоянии. Таким образом, по желанию, или автоматически после восстановления питания, всегда могут быть восстановлены первоначальные настройки.
