¿Por qué se necesitan inductores pull-up que sesguen la salida del amplificador de potencia de los chips de los transmisores de radio?

He visto muchos diseños en los que la salida de antena/PA se alimenta de voltaje de CC a través de un inductor. ¿Por qué no dejarlo fuera y alimentar el sesgo de CC directamente? Es L1a en el siguiente diagrama:

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Hay algunos valores en la siguiente tabla para algunas frecuencias de trabajo. ¿L1a también forma parte de una red de filtrado/coincidencia? ¿Cuál es el método general para llegar a un valor determinado?

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Fuente: KIT EV MAX4146x

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A la luz de las respuestas siguientes, intentaré responder yo mismo a la última pregunta.

Un filtro de banda de paso LC centrado alrededor de la frecuencia operativa y los otros parámetros prácticamente inventados:

IN:
Number of LC pairs:              1
Cutoff frequency (Fc):           314.8 MHz
Passband:                        315 MHz
Impedance (Zo):                  50 Z
Ripple:                          3 Z

OUT:
L:             ~ 50 nH
C:             ~ 5 pF



IN:
Number of LC pairs:              1
Cutoff frequency (Fc):           433.8 MHz
Passband:                        434 MHz
Impedance (Zo):                  50 Z
Ripple:                          1.5 Z

OUT:
L:             ~ 24 nH
C:             ~ 6 pF

Valores calculados en https://www.allaboutcircuits.com/tools/bandpass-filter-calculator/

¿Quizás los valores de la hoja de datos se calcularon de manera similar? O tal vez no entendí tanto.

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Probablemente calculó mal allí ... de todos modos, un poco más sobre el tema:

En general, se establece que la impedancia de salida del circuito de polarización debe mantenerse pequeña para aumentar la linealidad de la etapa de polarización de salida. Sin embargo, la impedancia de salida normalmente está diseñada para tener una resistencia mayor a fin de reducir la contribución de ruido del circuito de polarización y evitar una carga significativa en el puerto de entrada de RF. Por ejemplo, para usar un inductor en el circuito de polarización para formar baja impedancia cerca de CC y alta impedancia cerca de la banda de señal de RF

y

https://www.youtube.com/watch?v=lxgpm-UXTNY

Es crucial que el inductor tenga una alta impedancia en la frecuencia portadora del transmisor. Eso evita que la salida desaparezca en el suministro en lugar de la carga (antena). Una conexión directa al suministro de CC sería de baja impedancia.

Respuestas (2)

Aplicar el suministro de CC directamente al pin de salida provocaría un cortocircuito total cuando el amplificador intente absorber la corriente para impulsar la salida de forma abierta, como se documenta en la hoja de datos:

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Esto significa que debe presentar alguna impedancia en serie entre la salida y su riel de suministro positivo. En el caso de los dispositivos de RF, la impedancia suele ser una carga resonante, compuesta aquí por el inductor provisto y las capacitancias internas mencionadas en la hoja de datos anterior. Esto da una impedancia grande y agradable a la frecuencia resonante, lo que da una ganancia alta, al mismo tiempo que permite que fluya una corriente de polarización de CC según sea necesario (aquí, el segundo punto es menos relevante porque el amplificador funciona en un modo de conmutación). Como menciona Bimpelrekkie en los comentarios, la resonancia mejora la potencia de salida y la eficiencia energética, y es casi obligatoria en frecuencias en el rango de GHz y superiores.

Compare esto con la resistencia de drenaje utilizada en un amplificador simple de fuente común/emisor común utilizado en frecuencias de banda base.

¿Qué se ve afectado y cómo si se colocara una resistencia en lugar de ese inductor, con la misma impedancia que el inductor a la frecuencia de operación?
Qué se ve afectado y cómo si se coloca una resistencia en lugar de ese inductor, la misma impedancia que el inductor Considere la corriente de polarización de CC que se necesita para el amplificador, a través de una resistencia obtendrá una caída de voltaje, lo que limita la oscilación del voltaje de salida de RF. Con un inductor, la caída de voltaje de CC será mucho menor (casi cero).
@kellogs Un factor adicional que sospecho (pero quizás alguien pueda corregirme ya que no he trabajado con el cambio de PA) es el filtrado proporcionado por el circuito resonante. Un PA de conmutación introduce una gran cantidad de artefactos de alta frecuencia, que se atenuarían mejor mediante la reducción de la resonancia, que solo la carga resistiva que propone junto con las capacitancias internas y de rastreo.
@nanofarad Tiene razón, a menudo esos inductores son parte de un tanque resonante (LC) . Esto aumenta la potencia de salida y la eficiencia energética. A veces, los inductores tienen un valor que es demasiado alto para poder resonar, entonces los diseñadores de RF los llaman "choques" y su único propósito es entregar CC al PA. Entonces todavía podría haber otros inductores presentes para formar un tanque resonante. En frecuencias superiores a 1 GHz, diría que tener una red tan resonante es casi imprescindible. A 10 GHz y más, es imposible hacer nada sin un circuito resonante, incluso dentro de un IC.

Los inductores pullup ofrecen alta impedancia a RF y duplican la oscilación de voltaje de CA para RF/CA, centrada en torno al voltaje de CC.

¿Debo considerar que la polarización de CC está ahí para evitar cambios de voltaje negativos en la salida de PA?
No . El voltaje en un amplificador de RF no oscila por debajo de 0 V hasta que una tapa en serie bloquea la CC. El DC + INductor proporciona la potencia y el transistor modula esa potencia con voltaje de RF de acuerdo con la relación entre la carga de RF y la corriente del transistor (BJT) o la oscilación de la resistencia (FET).
¿Por qué se necesitan inductores pull-up que sesguen la salida del amplificador de potencia de los chips de los transmisores de radio?
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