Минималистичная система характеристик нелинейных видеоимпульсных устройств и ее измерение

Введение. Распространенная система параметров, включающая точки компрессии и точки пересечения для различных гармоник, непригодна для устройств, работающих при видеоимпульсных воздействиях (например, до модулятора в передатчике, после демодулятора в приемнике). Ранее авторами разработаны простые модели в виде нелинейных рекурсивных фильтров, дающие удовлетворительную погрешность описания отклика широкого класса видеоимпульсных цепей. Система нелинейных функций таких моделей может рассматриваться как новая система характеристик нелинейно-инерционных видеоимпульсных цепей, для чего необходимо разработать метод, обеспечивающий их измерение с допустимой погрешностью. В общей постановке эта задача весьма сложна, поэтому в настоящей статье рассмотрен лишь нелинейный рекурсивный фильтр первого порядка. Полученные зависимости, тем не менее, дают удовлетворительные результаты для устройств без выброса на плоской вершине переходной характеристики.

Цель работы. Рассмотреть способ измерения характеристик нелинейно-инерционных видеоимпульсных устройств без выброса на плоской вершине переходной характеристики.

Материалы и методы. Рассмотренный рекурсивный фильтр представлен эквивалентной схемой из нелинейных резистивного и емкостного элементов. Поэтому задача сводится к измерению их вольт-амперной характеристики (ВАХ) и кулон-вольтовой характеристики. ВАХ измеряется на плоских вершинах переходных характеристик устройства. Имея определенную ВАХ, получаем возможность вычислить ток (и далее заряд) емкостного элемента. Экспериментальное исследование выполнено на примере трехкаскадного усилителя с апериодической переходной характеристикой.

Результаты. Переходные характеристики фильтра аппроксимированы моделью с точностью не хуже 3.2 %.

Заключение. Рассмотренная система функций может быть получена с определяемой и удовлетворительной для практики погрешностью, что позволяет ее рассматривать как новую систему параметров нелинейных видеоимпульсных устройств

1. Nonlinear system and subsystem modeling in the domain / M. I. Sobhy, E. A. Hosny, M. W. R. Ng, E. A. Bakkar // IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques. 1996. Vol. 44, iss. 12. P. 2571–2579. doi: 10.1109/22.554605

2. Pedro J. C., Maas S. A. A comparative overview of microwave and wireless power-amplifier behavioral modeling approaches // IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques. 2005. Vol. 53, iss. 4. P. 1150– 1163. doi: 10.1109/TMTT.2005.845723

3. Systematic behavioral modeling of nonlinear microwave/RF circuits in the time domain using techniques from nonlinear dynamical systems / D. E. Root, J. Wood, N. Tufillaro, D. Schreurs, A. Pekker // Proc. of the IEEE Intern. Workshop on Behavioral Modeling and Simulation. Santa Rosa, 08 Oct. 2002. P. 71–74. doi: 10.1109/BMAS.2002.1291060

4. Broadband poly-harmonic distortion (PHD) behavioral models from fast automated simulations and large-signal vectorial network measurements / D. E. Root, J. Verspecht, D. Sharrit, J. Wood, A. Cognata // IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques. 2005. Vol. 53, iss. 11. P. 3656–3664. doi: 10.1109/TMTT.2005.855728

5. Qi H., Benedikt J., Tasker P. A novel approach for effective import of nonlinear device characteristics into CAD for large signal power amplifier design // IEEE MTT-S Intern. Microwave Symp. Digest, San Francisco, 11–16 June 2006. P. 477–480. doi: 10.1109/MWSYM.2006.249596

6. A novel measurement based method enabling rapid extraction of a rf waveform look-up table based behavioral model / S. Woodington, T. Williams, H. Qi, D. Williams, L. Pattison, A. Patterson, J. Lees, J. Benedikt, P. J. Tasker // IEEE MTT-S Intern. Microwave Symp. Digest. Atlanta, 15–20 June 2008. P. 1453–1456. doi: 10.1109/MWSYM.2008.4633053

7. Amini A.-R., Boumaiza S. Time-invariant behavioral modeling for harmonic balance simulation based on waveform shape maps // IEEE MTT-S Intern. Conf. on Numerical Electromagnetic and Multiphysics Modeling and Optimization (NEMO), Ottawa, 11–14 Aug. 2015. Acc. № 15805288. doi: 10.1109/NEMO.2015.7415098

8. A generalized memory polynomial model for digital predistortion of RF power amplifiers / D. R. Morgan, Z. Ma., J. Kim, M. G. Zierdt, J. Pastalan // IEEE Trans. on Signal Processing. 2006. Vol. 54, iss. 10. P. 3852– 3860. doi: 10.1109/TSP.2006.879264

9. Tarantola A. Inverse problem theory and methods for model parameter estimation / Soc. ind. appl. math. 2005. 354 p. doi: 10.1137/1.9780898717921

10. Semyonov E. V. Simple behavioral model of baseband pulse devices in the form of a second-order nonlinear recursive filter // IEEE Trans. on Circuits and Systems II: Express Briefs. 2021. Vol. 68, iss. 6. P. 2192–2196. doi: 10.1109/TCSII.2020.3048819

11. Semyonov E. V. Synthesis of behavioral models for circuits with nonlinearity less than model error // IEEE Trans. on Circuits and Systems II: Express Briefs. 2023. Vol. 70, iss. 6. P. 2216–2220. doi: 10.1109/TCSII.2022.3231873

12. Ultra-short pulse current–voltage characterization of the intrinsic characteristics of high-κ devices / C. D. Young, Y. Zhao, M. Pendley, B. H. Lee, K. Matthews, J. H. Sim, R. Choi, G. A. Brown, R. W. Murto, G. Bersuker // Japanese J. of Applied Physics. 2005. Vol. 44, № 4S. P. 2437–2440. doi: 10.1143/JJAP.44.2437

13. Kuhn M. A quasi-static technique for MOS CV and surface state measurements // Solid-State Electronics. 1970. Vol. 13, № 6. P. 873–885. URL: https://homepages.rpi.edu/~sawyes/quasi_static_CV.pdf (дата обращения 04.05.2023)

14. Назаров М. А., Семенов Э. В. Анализ нелинейно-инерционных свойств устройств оцифровки с использованием их модели в виде нелинейного рекурсивного фильтра // Докл. ТУСУР. 2022. Т. 25, № 4. С. 110–114.

15. Singleton H. E. Theory of nonlinear transducers // MIT. Research Lab. of electronics. Tech. rep. № 100. 1950. 52 p. URL: https://dspace.mit.edu/bitstream/handle/1721.1/4896/RLE-TR-160-04722817.pdf (дата обращения 30.04.2023)