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Análise do Atenuador Programável RF Peregrine PE4306 4 GHz

Neste texto, analisaremos o atenuador RF programável PE4306 da fabricante Peregrine Semiconductor, que possui atenuação em passos de 1dB e atenuação máxima de 31dB. O dispositivo é de fácil programação e o firmware do Arduino Due utilizado durante os testes foi desenvolvido pela fabricante da placa PCB utilizada, a empresa SV1AFN Design Lab.

Considerações gerais

O chip PE4306 possui frequência nominal de operação de 1 a 4000 MHz, interface de programação serial e paralela, tempo de chaveamento de 1 microsegundo e taxa de chaveamento máxima de 25 kHz.

Nesta aplicação, faremos uma breve análise desse circuito integrado por meio de um gerador de sinal senoidal Rigol DG4062 60MHz, osciloscópio digital Rigol DS1054z, gerador de sinais RF Agilent E4438C, analisador de espectro Agilent N9010, assim como uma placa Arduino Due uma vez que esse chip é operado e programado com sinais de, no máximo, 3,3V.

Análise da Linearidade

Por meio de um analisador de espectro de 7 GHz e um gerador de RF de 6 GHz, iniciamos com a análise da linearidade do dispositivo PE4306 e a placa de desenvolvimento da empresa SV1AFN Design Lab com a atenuação configurada como 1dB:

resposta freq cabo azul

resposta freq cabo azul

E com 31dB:

linearidade 31db

linearidade 31db

Conforme o datasheet do fabricante, a excursão da perda de inserção ao longo da banda é de cerca de 2dB:

perda insercao

E o seguinte erro normalizado de perda de inserção:

erro normalizado atenuacao

Contudo, a perda de inserção em dB é apenas uma parcela da causa da variação da magnitude do sinal ao longo da frequência. A seguir temos o gráfico da linearidade da Perda de Retorno de entrada do dispositivo (parâmetro S11) ao longo da frequência:

input return loss

Para a saída (parâmetro S22), temos o seguinte gráfico referente à Perda de Retorno em dB ao longo da frequência:

output return loss

Infelizmente, o datasheet de especificação do produto da fabricante Peregrine Semiconductor sequer possui legenda completa em seus gráficos e é muito tendencioso, ressaltando apenas as características boas.

De maneira clarividente, o dispositivo não é de alta linearidade como afirmado no datasheet, principalmente na configuração de atenuação de 31dB. O que a fabricante denominada de "alta linearidade" é o baixo erro de atenuação versus a frequência, conforme o gráfico abaixo, após a normalização da resposta em frequência:

erro atenuacao normalizacao

É óbvio que essa normalização para compensar a resposta em frequência do dispositivo é extremamente simples de ser executada em dispositivos programáveis ou equipamentos de instrumentação, mas não o seria em circuitos analógicos. Essa compensação culminaria na resposta do gráfico acima, no qual a configuração de atenuação de 31dB ainda apresentaria um erro de até 4dB.

Chaveamento do Dispositivo

Por curiosidade, testamos também o chaveamento do circuito integrado, fazendo-o variar (acréscimo e posterior decréscimo linear) a atenuação do sinal rapidamente ao longo do tempo e analisando o sinal por meio de um osciloscópio digital Rigol DS1054Z:

amplitude versus tempo 5s

amplitude versus tempo 5s

transitorio3

transitorio3

E, por meio de um analisador de espectro configurado com zero span, obtemos os gráficos abaixo:

zero span aleatorio

zero span aleatorio

zero span aleatorio 10ms

zero span aleatorio 10ms

Nesse requisito, o dispositivo atendeu as expectativas de chaveamento por meio de transitórios muito rápidos e quase imperceptíveis, obtido por meio da arquitetura do circuito integrado, que possui uma série de atenuadores em cadeia e recurso de Latch.

Programação do Dispositivo

Para a programação deste dispositivo, utilizamos a biblioteca Arduino PE4306 de autoria de Jeff Tranter, disponível no github.com por meio deste link

Conforme o código-fonte disponível nesse link e reproduzido parcialmente abaixo, o PE4306 é controlado por apenas três sinais digitais Latch Enable, Clock e Data. Para configurar um determinado valor de atenuação, basta definir o sinal Latch Enable em nível baixo (para efetuar a alteração de todos os bits apenas uma vez), alterar o nível do sinal Data para cada bit do LSB para o MSB (6 bits no total), gerando a cada bit um pulso de clock (transmissão serial):

codigo fonte pe4306

Por fim, basta fazer um novo pulso com sinal em nível alto no pino Latch Enable e o circuito integrado dispara a transição para o novo valor da atenuação.

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