RF PA放大電路設(shè)計的幾種思路

隨著移動數(shù)據(jù)通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展，對各種無線設(shè)備的硬件及技術(shù)要求也越來越高，從而在實(shí)現(xiàn)各種通信環(huán)境之下穩(wěn)定、安全、高速的數(shù)據(jù)傳輸未來移動通信的研究重點(diǎn)。射頻放大器(PA)作為發(fā)射機(jī)的末端，在電路設(shè)計中要考慮很多細(xì)節(jié)，比如：調(diào)制信號是否達(dá)到所需要的發(fā)射功率，接收機(jī)是否能夠完整、滿意的信號電平，信號放大后如何保證不失真等等。今天，小編來問大家繼續(xù)講解有關(guān)RF放大器相關(guān)的一些知名射頻半導(dǎo)體廠商方案。

村田(Murata)自適應(yīng)通信多級構(gòu)成PA 電路

概述：村田自主研發(fā)的功率放大器，采用多級構(gòu)成PA，從而穩(wěn)定保證RF射頻達(dá)到發(fā)射所需功率，同時能夠根據(jù)相應(yīng)的通信方式改變PA的構(gòu)成。

村田自適應(yīng)多級構(gòu)成PA - 詳細(xì)介紹：

圖1為PA的電路示例。由于單級PA難以達(dá)到所要求的輸出功率，因此通常為多級構(gòu)成。圖1的PA為二級構(gòu)成，但是所要求的輸出功率因手機(jī)通信方式而異，故須根據(jù)相應(yīng)的通信方式來改變PA的構(gòu)成。例如，GSM要求的輸出功率比UMTS大，因此，UMTS多為二級構(gòu)成，而GSM則多為三級構(gòu)成。

圖1： 功率放大電路 (二級構(gòu)成)

1. 阻抗匹配 (匹配)

在信號的傳送線路，讓發(fā)送端電路的輸出阻抗與接收端電路的輸入阻抗一致，匹配后，可以最大限度地把發(fā)送端的電力傳送到接收端。

因此，PA的輸入輸出部分也需要匹配電路。

匹配電路使用電容器和電感器，請確認(rèn)要使用的頻帶具備充分的特性 (Q、自諧振頻率等) 。

2. 輸入匹配電路

T大多數(shù)輸入匹配電路的信號電平較小，并且零件的Q的大小對PA特性沒有那么大的影響。此外，為了滿足最近的PA小型化需求，選擇小型電感器的情況也日益增多。

村田的電感器中，薄膜型LQP03TN_02系列 (0.6TImes;0.3mm) 和更小型的LQP02TQ_02系列 / LQP02TN_02系列(0.4TImes;0.2mm) 很合適。

圖2為LQP02TQ_02/LQP02TN_02/LQP03TN的Q (均為6.8nH) 對比圖表。此圖表是采用了前面介紹的SimSurfing表示的。

圖2： LQP02TQ_02/LQP02TN_02/LQP03TN的Q對比 (均為6.8nH)

3. 輸出匹配電路

由于被PA放大的信號通過輸出匹配電路，因此信號電平將增大，并且零件的Q也將對PA特性產(chǎn)生很大影響。RF電感器也是Q越大，PA的增益就越大，并且還可以縮小輸出電流。故請一邊調(diào)整所要求的增益和輸出電流等，一邊擇RF電感器。

村田的電感器中，繞線型LQW系列的Q最高，使用LQW系列可以獲得高性能的PA特性。 小尺寸、Q值較高的 LQW04AN_00系列(0.8TImes;0.4mm間距)/ LQW03AW_00系列(0.53TImes;0.4mm間距)很合適。另外，在要求更小型化的情況下，尺寸為0603，Q值最高的薄膜式LQP03HQ系列(0.6×0.3毫米)為首選。

圖3、圖4為LQW03AW/LQW04AN/LQP03HQ的 (7.5nH) 對比圖表。

圖3： LQW03AW/LQW04AN/LQP03HQ的Q對比 (均為7.5nH)

4. 電源線

為了達(dá)到阻止 (扼流) 交流 (信號或噪聲) 、只通過直流的目的，PA的電源線采用扼流線圈。如果扼流線圈出現(xiàn)電壓下降，就會影響PA特性，因此希望電感器的直流電阻盡可能小。一級的輸出功率較小，因此流過扼流線圈的電流較小; 隨著后一級輸出功率的增大，流過扼流線圈的電流將增大。

另外，經(jīng)常會有PA內(nèi)的扼流線圈寫入多層基板的情況發(fā)生、扼流線圈占據(jù)了PA的大部分面積，就會阻礙PA本身的小型化。

村田為PA的小型化做出了貢獻(xiàn)，在電流較小的初段，推薦使用薄膜型的LQP03TN_02系列(0.6×0.3毫米)。另外、在電流較大的后端，推薦使用PA扼流專用的LQP03P系列(0.6×0.3毫米)產(chǎn)品。

此外、這里的鏈接介紹了DCDC變流器以及PA間的電源線噪音措施案例，推薦了措施相關(guān)產(chǎn)品LQW15C系列(1.0×0.5mm)。

村田在輸入、輸出匹配電路，內(nèi)部電源線之間，推薦部分適用的產(chǎn)品系列：

[輸入匹配電路]

?LQP02TQ ?LQP02TN ?LQP03TN

[輸出匹配電路]

?LQW04AN ?LQP03HQ

[電源線(PA內(nèi)部)]

?LQP03P

[電源線(DCDC-PA間)]

?LQW15C ?LQW18C

村田針對適用于手機(jī)及智能手機(jī)開發(fā)多種低功耗、小尺寸、支持多頻段的發(fā)射模塊，如LMPR5LCA-D71/D72系列產(chǎn)品，支持雙頻段Dual Band (Band1/Band5+18) ， 單頻段Single Band (Band11) ，產(chǎn)品采用LTCC基板高度集成SAW濾波器、功率放大器和磁穩(wěn)定器為一體，器件體積相比原有產(chǎn)品縮小50%。

村田高度集成適用于智能機(jī)的發(fā)射模塊

世界最小、低功耗智能終端RF發(fā)射模塊LMPR5LCA-D71/D72

世界首創(chuàng)集SAW濾波器、功率放大器和穩(wěn)定器為中心一體發(fā)射模塊

HFQPRAPCA-064/065/066

凌力爾特(Linear)集成信號鏈路 μModule 接收器

凌力爾特信號鏈路模塊采用與多芯片模塊 (MCM) 相似的系統(tǒng)級封裝 (SiP) 技術(shù)，旨在把采用不同制造工藝的組件與無源組件集成起來，以實(shí)現(xiàn)一個集成型子系統(tǒng)。微型模塊 (μModule) 接收器由高性能、高速 ADC 與固定增益、高速放大器和抗混疊濾波器組成。集成型 ADC + 驅(qū)動器產(chǎn)品包括集成旁路電容，并簡化了保持 AC 性能所需的高頻電路布局。

在RF/無線應(yīng)用方面，凌力爾特提供多種對于RF射頻前端的一體化解決方案。包括了RF射頻功率檢測，IF放大器及ADC驅(qū)動器，在功率放大器方面提供如可變增益放大器、單位增益緩沖放大器及相應(yīng)的功率放大器控制器，低功耗收發(fā)器及高集成度、針對信號鏈路的 μModule 接收器產(chǎn)品系列。

凌力爾特 μModule 接收器產(chǎn)品系列

鏈路 μModule 接收器包括LTM9013/9012/9011/9010/9009/9004/9003/9002/9001

通信鏈路 μModule 接收器產(chǎn)品示例：

① 雙通道14位、支持 300MHz低通濾波寬帶接收器 - LTM9013

特點(diǎn)：

· 集成型 I/Q 解調(diào)器、IF 放大器、和雙通道 14 位、310Msps 高速 ADC

· 外部高通濾波器允許進(jìn)行帶寬調(diào)節(jié)

· 用于每個通道的 300MHz 低通濾波器

· RF 輸入頻率范圍：0.7GHz 至 4GHz

· 50Ω 單端 RF 端口

· 50Ω 差分 LO 端口

· 頻率平坦度：1.3dB (典型值)

· 在 -7dBFS 具有 66dBc IM3 電平

· 在 -1dBFS 具有 59dB SNR

· 并聯(lián) DDR LVDS 輸出

· 時鐘占空比穩(wěn)定器

· 低功率：2.6W

· 停機(jī)和打盹模式

· 15mm x 15mm BGA 封裝

典型應(yīng)用：

描述：

LTM?9013 是一款 300MHz 寬帶接收器。該器件采用集成系統(tǒng)級封裝 (SiP) 技術(shù)，是 μModule? (微型模塊) 接收器，內(nèi)置一個雙通道高速 14 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、低通濾波器、差分增益級和一個正交解調(diào)器。

LTM9013 非常適合于寬帶 I/Q 接收器應(yīng)用，其 AC 性能包括 59dB SNR 和 1.3dB 頻率平坦度 (從 DC 至 300MHz)。在該器件的外部使用一個高通濾波器或簡單的 AC 耦合，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計靈活性。集成型片內(nèi)寬帶變壓器在 RF 輸入端上提供了一個 50Ω 單端接口。

一個 5V 電源負(fù)責(zé)為解調(diào)器供電，而一個 3.3V 電源則用于給 IF 放大器供電，以實(shí)現(xiàn)最小的失真。一個 1.8V 電源允許執(zhí)行低功率 ADC 操作。一個單獨(dú)的輸出電源使得 DDR LVDS 輸出能夠驅(qū)動 1.8V 邏輯電路。一個可任選的多路復(fù)用器允許兩個通道共用一根數(shù)字輸出總線。一個任選的時鐘占空比穩(wěn)定器在全速和多種時鐘占空比條件下實(shí)現(xiàn)了高性能。

應(yīng)用：

· 電信

· 寬帶、低 IF 接收器

· 數(shù)字預(yù)失真接收器

· 蜂窩基站

② RF無線低功率收發(fā)器產(chǎn)品系列

凌力爾特低功率收發(fā)器可在電源電壓低至 1.8V 的條件下正常運(yùn)作的低電壓 RF 器件系列。這些器件包括 RF 前端、I-Q 調(diào)制器、IF 解調(diào)器和 RSSI 接收器，它們組合起來形成了一個 2GHz 收發(fā)器。

RF無線低功率收發(fā)器產(chǎn)品系列

系列包括LT5500/5506/5546/5502等

LT5500 低功率收發(fā)器產(chǎn)品介紹：

LT5500低功耗收發(fā)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖