射頻放大器：著力高速信號鏈與寬帶通信應用

在發(fā)射機的前級電路中，調(diào)制振蕩電路所產(chǎn)生的射頻信號功率很小，需要經(jīng)過一系列的放大獲得足夠的射頻功率以后，才能發(fā)送到天線上輻射出去。為了獲得足夠大的射頻輸出功率，必須采用射頻放大器，射頻放大器因此也成為了無線發(fā)射機的重要組成部分。

當前5G時代到來，對基站產(chǎn)品而言，MM已成主流，單通道輸出功率已并不高，當前對功放的需求的是小型化，集成化以及高寬帶。當前分離方案小型化已經(jīng)做到很極致了，集成方向亦是大勢所趨。射頻放大器的主要技術(shù)指標體現(xiàn)在頻率范圍、增益、噪聲系數(shù)和回波損耗上。除開大勢所趨的走向，目前市場選擇對于射頻放大器的考量主要在寬頻率范圍、線性OIP3性能、噪聲系數(shù)這些指標上。

全差分放大器

射頻全差分放大器作為放大器里的細分類別，依靠高寬帶以及出色線性度和噪聲性能可取代射頻信號鏈中的無源平衡-非平衡變壓器和增益級。

LMH5401-SP是TI的耐輻射加固保障 (RHA) 6.5GHz 超寬帶全差分放大器。


（LMH5401-SP，TI）

LMH5401-SP 是一款針對射頻 (RF)、中頻 (IF) 或高速直流耦合時域應用優(yōu)化的高性能耐輻射差分放大器。這個器件在SE-DE或差分至差分 (DE-DE) 模式下運行時會產(chǎn)生非常低的二階和三階失真。該放大器針對SE-DE和DE-DE系統(tǒng)做了相應的優(yōu)化，具有直流到2GHz的超高可用帶寬。LMH5401-SP廣泛應用在如測試與測量、寬帶通信以及高速數(shù)據(jù)采集中，用于在信號鏈中進行SE-DE轉(zhuǎn)換，同時無需外部平衡—非平衡變壓器。

LMH5401-SP 的可選電源范圍介于3.3V和5V之間，并且可根據(jù)應用要求支持雙電源供電。掉電功能還可實現(xiàn)節(jié)能。只是當器件由5V電源供電且達到 300mW 超低功耗時，這一性能等級才能實現(xiàn)。值得一提的是這個系列采用了TI先進的互補BiCMOS工藝，在空間上有極大的節(jié)省。

不同于TI的思路，ADI旨在通過差分輸入和輸出架構(gòu)更好地抑制高頻PSRR和CMRR。差分輸入和輸出還可通過降低ADC接收到的總諧波失真，從而帶來系統(tǒng)改進。

ADL5580是目前ADI最新的全差分放大器，具有10 dB的電壓增益，并針對直流至10.0 GHz范圍的應用進行了優(yōu)化。


（ADL5580，ADI）

該系列在很寬的頻率范圍內(nèi)，能提供2.24 nV/√Hz的低折合到輸入噪聲譜密度 （在1000 MHz 時），同時對失真做了優(yōu)化。ADL5580通過使用兩個外部串聯(lián)電阻，將差分輸入的10 dB增益選擇改為較低的增益值。工藝上采用了SiGe，并使用4 mm x 4 mm 20端子網(wǎng)格陣列封裝封裝。

可變增益放大器

可變增益放大器是動態(tài)范圍更大的寬帶寬、寬增益范圍放大器，線性度和噪聲性能上比普通射頻放大器更出色，在高速信號鏈和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上應用尤為廣泛。


（LMH2832，TI）

以TI的LMH2832為例，作為一款高線性度雙通道數(shù)字可變增益放大器，高帶寬、低失真和低噪聲的特性非常適合用作雙路14位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動器。在LMH2832上，包含一個固定增益模塊和一個可變衰減器，總增益為 30dB，最大衰減為 39dB。增益范圍為-9dB到30dB，增益步長為1dB，增益精度為±0.2dB。輸入阻抗可分別使用1:3Ω或1:2Ω比率平衡-非平衡轉(zhuǎn)換器來輕松匹配50Ω或75Ω系統(tǒng)。

與典型的放大器一樣，射頻放大器可以根據(jù)具體應用放大寬帶寬或窄帶寬的信號，寬帶射頻放大器得益于良好的增益平坦度性能，尤其是在測試高速信號鏈和寬帶通信協(xié)議時表現(xiàn)尤其突出。

上述的LMH2832是數(shù)字控制射頻放大器，這里再選取模擬控制射頻放大器做類比。


（ADRF6521，ADI）

ADRF6521，出自ADI，特點是雙通道、全差分、低噪聲和低失真。在增益范圍內(nèi)具有很高的無雜散動態(tài)范圍，非常適合具有密集星座圖、多個載波并存在鄰近干擾的通信系統(tǒng)。

這款模擬控制射頻放大器具21 dB增益范圍，典型電壓增益為18 dB。差分輸入阻抗為100 Ω，差分輸出阻抗為16 Ω?！? dB增益平坦度帶寬為2.5 GHz。輸出緩沖器能夠在低頻至1 GHz范圍內(nèi)針對二階和三階交調(diào)失真以及二次和三次諧波失真將1.5 V p-p擺動至100 Ω負載(>55 dBc)。

ADRF6521采用+5 V單電源或各種雙電源靈活供電，完全禁用時，功耗極低，僅為25 mA。工藝上采用先進的硅-鍺BiCMOS。從以上其性能參數(shù)不難看出，在點到點及點到多點無線電應用領(lǐng)域，或是基帶IQ接收器，以及分集接收器上，該射頻放大器都有相當?shù)膬?yōu)勢。

小結(jié)

當今更高的數(shù)據(jù)傳輸速率推動了對更高無線電信噪比的需求，這也意味著對射頻放大器而言更高線性度射頻組件需求。不僅在材料上各廠商開始尋找新替代品，在線性化技術(shù)上也通過增加采樣頻率和增大量化階數(shù)的辦法來抵消高階互調(diào)失真，也正因為如此，射頻領(lǐng)域雖然備受關(guān)注，由于技術(shù)水平較高，目前仍處于專利壁壘過大的競爭局面。