覆蓋整個(gè)信號(hào)鏈的RF-IF放大器與VGA

ADI公司

放大器是現(xiàn)今用于構(gòu)建RF/IF信號(hào)鏈的功能最豐富的模塊之一，是各種設(shè)計(jì)的常用模塊，可以克服因無源混頻器、濾波器、巴倫和其他無源器件造成的信號(hào)損耗問題。鑒于上述損耗發(fā)生于整個(gè)信號(hào)鏈，因此，ADI公司開發(fā)了五大系列放大器，分別為L(zhǎng)NA(低噪聲放大器)、IFA(中頻放大器)、驅(qū)動(dòng)器放大器、增益模塊和 VGA（可變?cè)鲆娣糯笃鳎?/p>

雖然每一個(gè)系列放大器是針對(duì)某些應(yīng)用而優(yōu)化，但是，所有放大器都存在一些共同特性，這些特性在設(shè)計(jì)階段有必要加以考慮。每種放大器都會(huì)提供一定水平的增益，但是，增益變化和頻率的關(guān)系是一項(xiàng)必須考慮的特性。放大器增益在頻率較高時(shí)通常會(huì)減少，隨后可能需要在信號(hào)鏈的其他位置進(jìn)行補(bǔ)償。數(shù)據(jù)手冊(cè)中的信息量也有助于加快設(shè)計(jì)過程。手冊(cè)提供的數(shù)據(jù)，例如增益變化與溫度的關(guān)系、電源電壓、工作頻率等，可以減少設(shè)計(jì)人員所耗費(fèi)的驗(yàn)證時(shí)間，加快產(chǎn)品上市。放大器的ESD額定值是另一項(xiàng)需要考慮的特性。ESD額定值與器件在不造成損壞的情況下能夠承受的靜電放電量有關(guān)。ADI公司的寬帶IFA和增益模塊經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，可將相對(duì)于頻率的增益滾降降至最低，而且，所有放大器均具有額定工作溫度范圍、電源電壓和工作頻率，從而簡(jiǎn)化了產(chǎn)品選擇和設(shè)計(jì)導(dǎo)入過程。

第一個(gè)需要詳細(xì)介紹的放大器是LNA。LNA通常在接收路徑中作為第一個(gè)有源器件使用，是決定整體系統(tǒng)性能的關(guān)鍵器件，該器件必須能夠成功放大極低電平的信號(hào)，同時(shí)不明顯增加噪聲。選擇LNA時(shí)需要重點(diǎn)考慮的指標(biāo)是噪聲系數(shù)，該系數(shù)與放大器增加至輸入信號(hào)的噪聲量有關(guān)。P1dB和OIP3也是十分重要的指標(biāo)，與放大器能夠輸出的線性信號(hào)功率及其功率處理能力有關(guān)。ADI公司的ADL5521和ADL5523 LNA能夠?qū)崿F(xiàn)不到1 dB的噪聲系數(shù)、21 dBm P1dB、37 dBm OIP3和20 dBm的輸入功率處理能力。

中頻放大器用于IF頻率范圍內(nèi)的高性能工作，通常在500 MHz以下的無線電架構(gòu)中使用。無線電的IF部分需要高動(dòng)態(tài)范圍放大，這樣信號(hào)才不會(huì)在被模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)進(jìn)行數(shù)字化之前出現(xiàn)失真。放大器的高動(dòng)態(tài)范圍可通過低噪聲系數(shù)和高OIP3實(shí)現(xiàn)。ADI公司的ADL5535和ADL5536 IFA可提供業(yè)界最佳的低噪聲與高 OIP3組合。工作在380 MHz、5 V電壓、105 mA電源電流時(shí)，ADL5536的噪聲系數(shù)為 2.7 dB，OIP3為49 dBm。

驅(qū)動(dòng)器運(yùn)算放大器通常用于無線電架構(gòu)的發(fā)射路徑，可在信號(hào)發(fā)送至最終高功率放大器級(jí)之前增加信號(hào)強(qiáng)度。為了有效完成這一目標(biāo)，驅(qū)動(dòng)器必須針對(duì)指定輸出功率提供高線性度，以實(shí)現(xiàn)低失真和高輸出驅(qū)動(dòng)能力。 ADI公司的 ADL5320、0.4～2.7 GHz以及 ADL5321、2.3～4 GHz、SOT-89 0.25 W 驅(qū)動(dòng)器可實(shí)現(xiàn)寬帶工作，只需為指定工作頻段提供極少的外部匹配器件。ADL5320驅(qū)動(dòng)器可在2.14 GHz時(shí)提供42 dBm的輸出線性度和25.7 dBm的輸出壓縮點(diǎn)，5 V電壓時(shí)消耗電源電流僅為104 mA。

增益模塊是功能最豐富的放大器系列，能夠在中頻至射頻的寬頻率范圍內(nèi)提供固定增益。選擇增益模塊時(shí)需要考慮的指標(biāo)取決于具體應(yīng)用，但是，寬帶應(yīng)用中增益平坦度與頻率的關(guān)系非常重要。動(dòng)態(tài)范圍也很重要，可以防止放大的信號(hào)出現(xiàn)失真。在現(xiàn)有的內(nèi)部匹配增益模塊中，ADI公司的ADL5601和ADL5602提供的動(dòng)態(tài)范圍最高。這些內(nèi)部匹配的增益模塊也經(jīng)過了優(yōu)化，可將相對(duì)于頻率的增益滾降降至最低。

在許多應(yīng)用中，通過集成方式來減少電路板面積是非常理想的方法。VGA通過集成各種放大器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和數(shù)字步進(jìn)衰減器(DSA)實(shí)現(xiàn)這一要求。ADL5240和ADL5243 RF/IF數(shù)控式VGA的工作頻率范圍為100 MHz～4 000 MHz，具有無與倫比的增益控制性能和精度。放大器或DSA都可以作為信號(hào)鏈路上的第一個(gè)器件，并允許在設(shè)計(jì)中多處使用VGA，使系統(tǒng)具有最大的靈活性。

在每個(gè)RF放大器系列之內(nèi)，ADI公司通過優(yōu)化性能以同時(shí)涵蓋寬帶和窄帶應(yīng)用，并盡量減少所需的外部無源器件數(shù)量，從而顯著節(jié)省電路板面積并降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度。此外，整個(gè)放大器系列以低功耗提供高性能，完全符合系統(tǒng)尺寸越來越小、功耗越來越低的發(fā)展趨勢(shì)。