具備超載保護USB 供電ISM無線通信
國際電信聯盟（ITU）將433.92 MHz工業、科學和醫學（ISM）射頻頻段分配給1區使用，該區域在地理上由歐洲、非洲、俄羅斯、蒙古和阿拉伯半島組成。盡管最初目的在用于無線電通訊之外的應用，但多年來無線技術和標準的進步使得ISM頻段在短距離無線通信系統中頗受歡迎。
ITU 1 區的營運業者無需為使用433.92 MHz頻段獲得許可，常見應用包括軟件定義無線電、醫療設備和重型機械的工業無線電控制系統。在美國，433.92 MHz頻段屬于70 cm業余無線電頻段（頻率范圍420 MHz至450 MHz），由獲得許可的業余無線電臺使用。此頻段也常用于低功耗、短距離應用，例如車庫門遙控開關、耳機、嬰兒監視器，以及電源開關和燈光調節器。
圖一所示電路是一個雙級RF低噪聲放大器（LNA），其針對433.92 MHz ISM頻段中的接收器訊號鏈進行優化。在中心頻率，電路產生大約40.5 dB的增益。RF輸入和輸出埠采用50 Ω阻抗匹配設計，支持電路與標準50 Ω系統之間的直接連接。其輸入未經濾波，保持1.4 dB噪聲系數，但輸出端配有SAW濾波器，會消減帶外干擾。
該電路中包含高速超載檢測器和關斷開關，用于保護連接至接收器系統的下游敏感設備。當RF功率水平下降到可接受范圍內時，接收器系統也會自動恢復正常運行。RF輸入和輸出是標準的SMA連接器，整個設計由一個微型USB連接器供電。
圖一 : CN0555 簡化功能架構
電路描述
RF 放大器級
CN0555在其RF訊號路徑中使用兩個ADL5523低噪聲放大器。ADL5523為一款高性能砷化鎵（GaAs）假晶高電子遷移率晶體管（pHEMT） RF低噪聲放大器，提供高增益和低噪聲系數。圖二顯示該組件的典型S參數性能，在整個頻率范圍內，其典型增益為21.5 dB，回波損耗高于10 dB。
ADL5523的典型噪聲系數為0.8 dB，1 dB壓縮點（P1dB）為21 dBm，三階截取點（OIP3）為34 dBm。將兩個ADL5523放大器串聯，以實現40 dB整體增益。
圖二 : ADL5523 典型 S-參數
阻抗匹配網絡
ADL5523需要使用一個外部匹配網絡，該網絡的阻抗針對所需的頻段進行調諧，以實現優化性能。輸入匹配網絡包括與RFIN接腳串聯的電感和一個并聯電容。在輸出端，匹配網絡以類似的方式在偏置線路上使用電感和電容。圖三展示完整的阻抗匹配網絡，以及將兩個ADL5523放大器串聯的實現方案。
圖三 : 用于串聯 ADL5523 放大器的基本連接
這些組件的正確布局對于輸入/輸出阻抗匹配也很重要；因此，CN0555遵循ADL5523產品手冊中針對500 MHz調諧頻段的推薦布局和組件大小。
SAW 濾波器
CN0555的LNA輸出透過表面聲波（SAW）濾波器進行濾波，有助于消除不必要的頻外放大。選擇濾波器時，必須在頻段平坦度和頻外抑制之間取得平衡。SAW濾波器也是一個插入損耗源，其會降低訊號鏈的整體增益，選擇時需要仔細考慮。CN0555使用的SAW濾波器具有2 dB典型插入損耗和50 Ω端接阻抗。
RF 定向耦合器
CN0555包含一個纖薄、超小型的高性能3 dB 90°混合耦合器。該組件的工作頻率為400 MHz至900 MHz，輸入和輸出阻抗為50 Ω，433.92 MHz時的典型插入損耗為0.3 dB。
RF 開關
ADG901 是采用CMOS制程制成的寬帶RF開關，可以提供高隔離和低插入損耗。其是一種吸收式開關，具有50 Ω端接輸入和輸出。該開關允許使用者傳遞高達0.5 V的DC訊號，無需使用隔直電容。
ADG901的工作頻率為DC至4.5 GHz，在4.5 GHz時的插入損耗為3 dB。在433.92 MHz中心頻率時，此組件在「導通狀態」下的典型插入損耗為0.4 dB，如圖四所示；在「關斷狀態」下的典型插入損耗約為70 dB，如圖五所示。
圖四 : ADG901 在導通狀態下的插入損耗性能
圖五 : ADG901 在關斷狀態下的隔離損耗性能
組合來自濾波器、耦合器和RF開關的插入損耗，在正常工作條件下，RF開關的輸出端產生的總插入損耗約為2.7 dB。
RF 性能
CN0555中得到的S參數、相位噪聲測量結果、無雜散動態范圍（SFDR）、噪聲系數和穩定性測量值，如圖六所示。
在433.92 MHz中心頻率下，CN0555實現了40.5 dB的增益，輸入和輸出回波損耗大于10 dB。圖六顯示在其工作范圍內的S參數值。
圖六 : EVAL-CN0555-EBZ S 參數與頻率的關系
圖七顯示在433.92 MHz時的單邊具有相位噪聲，在10 Hz、1 MHz和10 MHz偏置時分別約為-98 dBc/Hz、-131 dBc/Hz和-149 dBc/Hz。
圖七 : 433 MHz 時的單邊具有相位噪聲
圖八顯示窄頻單音RF輸出，SFDR為58.38 dBFS。
圖八 : 窄帶單音 RF 輸出
圖九顯示頻率范圍內相應的噪聲系數，在433.92 MHz中心頻率下約為0.8 dB。
圖九 : 噪聲系數與頻率的關系
系統在整個433.92 MHz ISM頻率帶寬保持穩定，Rollet穩定性因子（k）高于1，輔助穩定性指標（B1）高于0，如圖十所示。這使得CN0555在任何源阻抗和負載阻抗組合下，都能絕對保持穩定。
圖十 : 穩定性因子和測量值與頻率的關系
超載保護
CN0555中整合了超載管理功能，當輸出功率達到預先設定的閾值時，該電路板的RF路徑會自動隔離。此功能使用ADL5904 RF功率檢波器來實現。
ADL5904 提供電阻可編程檢測閾值，將內部包絡檢波器電壓與用戶定義的輸入電壓進行比較。當包絡檢波器電壓超過用戶定義的VIN?接腳的閾值電壓時，內部比較器獲取事件并將其鎖定在設定/復位（SR）觸發器中。圖十一顯示了CN0555的超載保護電路。
圖十一 : CN0555 超載保護電路
如圖十一所示，使用3 dB、90°混合耦合器對放大的RF輸入進行采樣。此功率傳輸至ADL5904的RFIN接腳，然后由內部包絡檢波器進行采樣。ADL5904 VIN-接腳上的閾值電壓位準由電阻分壓器網絡設定得值。
CN0555的輸入閾值功率設置為0 dBm，以保護連接至接收器系統的下游敏感設備。如表一所示，當工作頻率為900 MHz時，0 dBm閾值功率對應VIN-的241 mV電壓位準。
表一：工作頻率未校準時，推薦的閾值電壓（VIN-）典型值
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/202403/456475.htm輸入閾值功率（dBm） | 閾值電壓（mV） | ||
100 MHz | 900 MHz | 1900 MHz | |
-2.0 | 193 | 193 | 192 |
-1.0 | 216 | 216 | 215 |
0 | 239 | 241 | 241 |
1.0 | 268 | 272 | 270 |
2.0 | 300 | 304 | 303 |
自動復位功能
CN0555還包含自動復位電路，當功率位準返回到可接受范圍內時啟動。此功能由LTC6991可程序設計低頻率定時器執行。
如圖十二所示，ADL5904的Q輸出使LTC6991在正常工作期間保持在復位狀態。發生超載事件時，LTC6991啟用，并且開始4 ms延遲。ADL5904在4 ms后復位，對功率位準重新采樣。如果超載狀態持續，ADL5904再次斷路，RF開關的控制訊號進入低位準狀態。此種訊號轉變會隔離ADG901開關的RF輸入和輸出。超載事件過去后，ADL5904開始重新采樣功率位準，然后返回正常工作狀態。
圖十二 : CN0555 自動復位電路
超載保護測試
圖十三顯示了用于測試CN0555的超載保護功能的設定。在該測試中，RF訊號產生器設定采用433.92 MHz中心頻率，輸入功率從-50 dBm爬升至-40 dBm。CN0555輸出功率由高速示波器進行監控，該組件顯示從發生超載事件到輸出功率被衰減的響應時間。
圖十三 : RF 超載響應測試設定
圖十四顯示超載保護響應時間。根據該圖，從正常工作到RF輸出功率被衰減，CN0555擁有約9 ns的響應時間。圖十五顯示從超載狀態結束到功率位準返回接受范圍的恢復時間。該數據顯示，從衰減RF輸出到正常工作，期間存在7 ns延遲。
圖十四 : 典型的超載保護響應時間
圖十五 : 發生超載事件后的典型恢復時間
USB 電源管理
CN0555透過微型USB轉接器獲取電源，該轉接器一般透過微型USB埠提供5 V、1 A電源。此電路要求在正常工作期間獲取約113.61 mA電流。要滿足此項電源要求，需要使用兩個電源電壓。第一個電源為ADL5523低噪聲放大器、ADL5904 RF檢波器和LTC6991低頻率定時器提供3.3 V電源。第二個電源為ADG901 RF開關提供2.5 V電源。圖十六顯示CN0555的整個電源結構。
圖十六 : CN0555 電源架構
LT3042為一款高性能低壓差（LDO）線性穩壓器，采用超低噪聲和超高電源抑制比（PSRR）架構，以便為噪聲敏感型射頻應用供電。LT3042設計用作后接高性能電壓緩沖器的精密電流基準，可輕松并聯以便進一步降低噪聲，增加輸出電流并在印刷電路板上散熱。要配置LT3042提供3.3 V輸出，所需的基本配置如圖十七所示。
圖十七 : LT3042 提供 3.3 V 輸出所需的配置
LT3042在SET接腳上整合一個精密100 μA電流源，該接腳還連接到放大器的反相輸入。圖十七顯示將電阻從SET接腳連接至GND會產生一個基準電壓。該基準電壓是SET接腳電流100 μA和SET接腳電阻的乘積。
ADM7170-2.5 LDO穩壓器用于產生ADG901 RF開關所需的電源電壓。該組件具有2.3 V至6.5 V的輸入電壓范圍和2.5 V固定輸出電壓。ADM7170-2.5只需要輸入電容和輸出電容即可正常工作。特別是，ADM7170-2.5可在其輸入和輸出接腳上使用4.7 μF小型解耦電容。
常見變化
ADL5521 可以用于替代型低噪聲放大器，適用于使用433.92 MHz ISM頻段的應用。該組件提供略低的增益、更高的噪聲系數、OIP3和OP1dB。ADL5521采用與ADL5523相同的功率位準。兩個組件的尺寸非常類似。
ADG902 也可用于RF開關；此組件接腳兼容，并具有與ADG901相同的規格，但其是一種反射開關，提供更低的隔離損耗。
ADI并提供類似的用于在5.8 GHz ISM頻段下工作的接收器放大器的參考設計。
電路評估與測試
本節介紹評估CN0555的評估設置和步驟。
設備要求
?EVAL-CN0555-EBZ電路評估板
?Rohde & Schwarz SMA100B訊號產生器
?Keysight E5052B訊號分析儀
?Keysight N5242A PNA-X向量網絡分析儀
?5 V micro USB電源轉接器或micro USB轉USB電纜
? 一根SMA至SMA電纜
設定和測試
圖十八顯示EVAL-CN0555-EBZ與向量網絡分析儀的正確端口連接。
圖十八 : S 參數和噪聲系數測試設定
測量S參數和噪聲系數的步驟如下：
1.將向量網絡分析儀設定為所需的測量條件，步驟如下：
a.將頻率掃描范圍設定為 400 MHz 至 500 Mhz
b.將頻率步長設定為 10 kHz。
c.功率位準必須小于或等于-45 dBm。
2.使用校準套件對向量網絡分析儀執行完整的 2 埠校準。請注意，EVAL-CN0555-EBZ 的 RF 輸入可以直接連到測試埠，因此測試設置僅需要一根測量電纜。
3.使用校準的測試設定將 EVAL-CN0555-EBZ 連接在向量網絡分析儀的測試端口上。
4.使用 5 V 電源轉接器為 EVAL-CN0555-EBZ 供電。
5.設定向量網絡分析儀，以顯示各個 S 參數和噪聲系數的跡線。
6.將測量值與期望值進行比較。在 433.92 MHz 中心頻率下，輸入和輸出回波損耗值分別約為 16 dB 和 20.4 dB。對于增益和噪聲系數，數值分別應為約 40 dB 和 1.2 dB。
圖十九顯示執行相位噪聲和 SFDR 測試時 EVALCN0555-EBZ與訊號分析儀和訊號產生器的正確連接。
圖十九 : 相位噪聲和 SFDR 測試設定
要執行相同的測試，請遵循以下步驟：
1.按如下步驟設定訊號分析儀所需的測量配置：
a.為了執行SFDR測量，設定中心頻率 = 433.92 MHz，頻率范圍 = 400 MHz 至 500 MHz，RF 幅值 = 10 dBm。
b.為了執行相位噪聲測量，設定中心頻率 = 433.92 MHz，偏移頻率范圍 = 10 Hz 至 30 MHz。
2.將訊號產生器的功率位準設定在-50 dBm 至-40 dBm之間，中心頻率設定為 433.92 MHz。
3.將訊號產生器輸出連接到 EVAL-CN0555-EBZ 的 RF輸入。
4.將 EVAL-CN0555-EBZ 的 RF 輸出連接到訊號分析儀。
5.使用 5 V 電源轉接器為 EVAL-CN0555-EBZ 供電，該轉接器的額定功率高于 500 mW。
6.在訊號分析儀上執行測量運行。
7.使用訊號分析儀獲取相位噪聲值，并驗證在 10 kHz 頻偏下其值是否約為-125 dBc/Hz。
8.運行 SFDR 測試并比較讀數；期望值約為 60 dBc。
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