淺談五類放大器的基本特性

放大器是當(dāng)今RF/IF信號鏈中功能最多樣的構(gòu)建模塊之一。設(shè)計(jì)中廣泛使用放大器來解決無源器件或元件引起的信號損耗問題。整個(gè)收發(fā)器都需要RF放大器來提高信號強(qiáng)度。在接收器中，放大器放大微弱的輸入信號；在發(fā)射器中，當(dāng)信號接近最終功率放大器級時(shí)，放大器則用來提高信號強(qiáng)度。由于整個(gè)RF/IF信號鏈都會發(fā)生這種損耗，因此ADI公司針對各特定無線電部分的需要，開發(fā)了五個(gè)系列的放大器，分別是：LNA(低噪聲放大器)、IFA(中頻放大器)、驅(qū)動器放大器、增益模塊和VGA(可變增益放大器)。

雖然各放大器系列針對某些應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，但所有放大器都有一些共同的特性需要在設(shè)計(jì)階段予以考慮。每個(gè)放大器都會提供一定的增益，增益隨頻率的變化是一個(gè)重要考慮因素。在較高頻率時(shí)，放大器的增益一般會降低，進(jìn)而可能需要在信號鏈的其它地方予以補(bǔ)償。數(shù)據(jù)手冊中的豐富信息也有助于加快設(shè)計(jì)過程。借助特性隨溫度、電源電壓和工作頻率的變化等數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)人員可以減少驗(yàn)證所需時(shí)間，從而大大縮短項(xiàng)目的上市時(shí)間。另一個(gè)需要考慮的特性是放大器的ESD額定值。ESD額定值與器件能夠承受而不會受到損壞的靜電放電量有關(guān)。ADI公司的寬帶匹配IFA和增益模塊經(jīng)過優(yōu)化，增益隨頻率的滾降被降至最小，而且所有放大器都能在整個(gè)溫度、電源電壓和頻率范圍內(nèi)提供額定性能，因此產(chǎn)品選型和設(shè)計(jì)導(dǎo)入過程得以簡化。此外，ADI公司的放大器額定性能達(dá)到了最高ESD標(biāo)準(zhǔn)，在大規(guī)模制造環(huán)境中穩(wěn)定可靠。

當(dāng)今無線電設(shè)計(jì)的一個(gè)普遍趨勢是尺寸更小且功耗更低，所需的電路板空間和散熱量因此也更少，有助于降低成本。ADI公司的放大器致力于提高效率，以業(yè)界最低的功耗提供業(yè)界領(lǐng)先的性能。這些放大器不僅提供標(biāo)準(zhǔn)SOT-89封裝，而且提供更小、更緊湊的LFCSP封裝，以便節(jié)省電路板面積。ADI公司圍繞增益模塊放大器集成了其它功能：ADL5240 VGA中集成一個(gè)數(shù)字步進(jìn)衰減器(DSA)，ADL5243 VGA除了包含上述兩個(gè)功能外，還集成一個(gè)1/4W驅(qū)動器放大器。整個(gè)IFA系列和增益模塊均內(nèi)部匹配50 Ω電阻，并且所有放大器均集成有源偏置電路，只需極少的外部器件，從而進(jìn)一步節(jié)省電路板空間。

低噪聲放大器

現(xiàn)在我們將詳細(xì)討論第一類放大器——低噪聲放大器(LNA)。LNA通常用作接收路徑中的第一個(gè)有源元件。它是界定系統(tǒng)總體性能的關(guān)鍵元件，必須能在不顯著增加噪聲的情況下成功放大極低的電平信號。選擇LNA時(shí)需要考慮的一個(gè)重要特性是噪聲系數(shù)，該系數(shù)與放大器增加到輸入信號中的噪聲量有關(guān)。P1dB和OIP3也很重要，前者與放大器可以輸出的線性信號功率量有關(guān)，后者與功率處理能力，即放大器能夠處理而不會受到損害的輸入功率量有關(guān)。ADI公司ADL5521和ADL5523 LNA的上述所有參數(shù)均很出色，實(shí)現(xiàn)了1dB以下的噪聲系數(shù)、21dBm P1dB、37dBm OIP3和20dBm的輸入功率處理能力。

中頻放大器

中頻放大器設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)IF頻率范圍(無線電架構(gòu)中通常低于500MHz)內(nèi)的高性能操作。接收器的IF部分需要高動態(tài)范圍放大，否則信號將在模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)進(jìn)行數(shù)字化處理之前發(fā)生失真。放大器要實(shí)現(xiàn)高動態(tài)范圍，必須同時(shí)具有低噪聲系數(shù)和高OIP3。ADI公司的ADL5535和ADL5536 IFA提供業(yè)界最佳的低噪聲系數(shù)與高OIP3組合。ADL5535在380MHz時(shí)提供16dB增益、3.3dB噪聲系數(shù)和45.5dBm OIP3，采用5V電源供電時(shí)功耗僅97mA。ADL5536在380MHz時(shí)提供20dB增益、2.7dB噪聲系數(shù)和49dBm OIP3，采用5V電源供電時(shí)功耗僅105mA。


圖1：ADI IFA具有高線性度、低噪聲系數(shù)、平坦增益和低功耗特性。