MAX2640 LNA的S參數(shù)測(cè)量和穩(wěn)定性分析

MAX2640 LNA的穩(wěn)定性分析采用S參數(shù)測(cè)量。多個(gè)測(cè)試用例證實(shí)了S參數(shù)數(shù)據(jù)的有效性，并且該器件在高達(dá)5GHz的頻率下是穩(wěn)定的。本文建議使用VCC線(xiàn)路所需的電感量，以獲得最佳穩(wěn)定性。它還總結(jié)了汽車(chē)無(wú)鑰匙進(jìn)入應(yīng)用在315MHz下的性能以及所需的匹配。

介紹

在本應(yīng)用筆記中，我們對(duì)MAX2640 LNA進(jìn)行了S參數(shù)測(cè)量，然后利用這些S參數(shù)測(cè)量值進(jìn)行了穩(wěn)定性分析。當(dāng)我們匹配315MHz操作的LNA時(shí)，S參數(shù)測(cè)量的有效性得到了證實(shí)。結(jié)果分析將表明該器件在高達(dá) 5GHz 時(shí)無(wú)條件穩(wěn)定。最后，我們將推薦Vcc所需的電感量確保最佳穩(wěn)定性。

MAX2640 LNA，頻率為315MHz

下表315總結(jié)了該器件在1MHz時(shí)的性能。圖 1 顯示了性能與頻率的關(guān)系。

表 1.MAX2640性能總結(jié)

（f = 315MHz， Vcc= 3V）

注意：

輸入功率 = -30dBm 每音

圖1.MAX2640 LNA性能與頻率的關(guān)系，適用于315MHz應(yīng)用

S 參數(shù)測(cè)量

測(cè)試設(shè)置

使用兩個(gè)評(píng)估（EV）板和一個(gè)網(wǎng)絡(luò)分析儀（HP8753D）測(cè)量MAX2640的S參數(shù)。我們移除了第一個(gè)評(píng)估板（板#1）中的IC，并使用該評(píng)估板進(jìn)行校準(zhǔn)。我們?cè)诘诙€(gè)套件（套件#2）中保留了IC，但沒(méi)有匹配的組件，并使用該套件進(jìn)行實(shí)際測(cè)量。

在連接到分析儀的電纜末端執(zhí)行完整的 2 端口校準(zhǔn)。

當(dāng)我們測(cè)量IC的S參數(shù)時(shí)，沒(méi)有匹配套件#2中的元件，在套件#1中焊接MAX2640輸入和輸出引腳的點(diǎn)放置一個(gè)短路。（見(jiàn)下面的圖 2）。

調(diào)整網(wǎng)絡(luò)分析儀上的端口擴(kuò)展，直到輸入和輸出的阻抗在315MHz時(shí)盡可能接近短路。使用此校準(zhǔn)，我們測(cè)量了套件#2中器件引腳處的S參數(shù)。

然后，我們修改了套件#1，將短線(xiàn)移動(dòng)到放置最后一個(gè)匹配組件的位置。再次調(diào)整網(wǎng)絡(luò)分析儀上的端口擴(kuò)展，直到輸入和輸出的阻抗在315MHz時(shí)盡可能接近短路。

接下來(lái)，匹配的組件返回到套件#2。IC的S參數(shù)和匹配的組件在工作臺(tái)上測(cè)量。

為了確認(rèn)僅針對(duì)IC的S參數(shù)的有效性（上述步驟3），將S參數(shù)放入ADS（微波仿真軟件）中，并添加了匹配組件和傳輸線(xiàn)的模型。我們還在輸入和輸出引腳上增加了一個(gè)0.5pF電容，以模擬電路板上存在的寄生效應(yīng)。（附錄中的圖 18 顯示了 ADS 模擬。然后，我們將此設(shè)置的性能曲線(xiàn)與IC的S參數(shù)數(shù)據(jù)以及電路板本身上的匹配組件進(jìn)行了比較（上述步驟5）。

圖2.校準(zhǔn)電路用于測(cè)量MAX2640的S參數(shù)。

測(cè)試結(jié)果

圖 3 到圖 8 中曲線(xiàn)的標(biāo)記定義為：

MAX2640_Epcos_1GHz_simulation：僅使用在工作臺(tái)上測(cè)量的IC的S參數(shù)進(jìn)行仿真，并在ADS中添加匹配的組件。

MAX2640_Epcos_1GHz_bench：在將匹配的組件添加到電路板本身后在工作臺(tái)上測(cè)量。

圖3.模擬和臺(tái)架測(cè)量之間的 S11 （dB） 比較。

圖4.模擬和臺(tái)架測(cè)量之間的S11（相位）比較。

圖5.模擬和臺(tái)架測(cè)量之間的 S22 （dB） 比較。

圖6.模擬和臺(tái)架測(cè)量之間的S22（相位）比較。

圖7.模擬和臺(tái)架測(cè)量之間的 S21 （dB） 比較。

圖8.模擬和臺(tái)架測(cè)量之間的S21（相位）比較。

上面的數(shù)據(jù)顯示，兩個(gè)測(cè)試用例的幅度和相位性能非常相似。除了頻率的微小變化外，仿真（僅使用IC的S參數(shù)，在工作臺(tái)上測(cè)量，并在ADS中添加匹配元件）非常接近實(shí)際的工作臺(tái)性能（將匹配元件添加到電路板本身后在工作臺(tái)上測(cè)量）。因此可以得出結(jié)論，MAX2640測(cè)量的S參數(shù)是可靠的，可用于仿真和穩(wěn)定性分析。

注意：對(duì)于將匹配組件添加到電路板本身的測(cè)試，無(wú)法進(jìn)行 S12 測(cè)量。該信號(hào)的幅度如此之低，以至于分析儀無(wú)法進(jìn)行任何準(zhǔn)確的測(cè)量。因此，S12幅度和相位曲線(xiàn)未包含在上述圖中。

穩(wěn)定性分析

為了對(duì)MAX2640進(jìn)行穩(wěn)定性分析，我們現(xiàn)在使用上述相同步驟測(cè)量100MHz至5GHz的S參數(shù)。進(jìn)行了三個(gè)測(cè)試案例：首先，V之間存在9mm的傳輸線(xiàn)抄送MAX2640的引腳和去耦電容;其次，電容器放置在靠近V的位置抄送盡可能使用引腳;第三，電容器位于5mm之外。

第一個(gè)測(cè)試用例

將去耦電容放置在距離MAX9的V2640mm處抄送針。傳輸線(xiàn)的寬度為42mil。這是一個(gè)4層、50Ω、受控阻抗板;介電材料為FR4，1oz銅，介電常數(shù)~4.5。頂層和內(nèi)部接地層（第2層）之間的介電厚度為24密耳。從V中看到的電感抄送PIN 是使用此信息模擬的。在5 MHz時(shí)，得到的數(shù)據(jù)約為j5.315Ω，相當(dāng)于一個(gè)2.5nH的電感。圖9僅顯示了IC的穩(wěn)定性測(cè)量、穩(wěn)定系數(shù)、源極穩(wěn)定系數(shù)和負(fù)載穩(wěn)定系數(shù)。圖10是源和負(fù)載穩(wěn)定圓圈。

圖9.第一個(gè)測(cè)試用例的穩(wěn)定性測(cè)量、穩(wěn)定性因子、源穩(wěn)定性因子和負(fù)載穩(wěn)定性因子。

圖 10.第一個(gè)測(cè)試用例的源和負(fù)載穩(wěn)定性圓圈。

第二個(gè)測(cè)試用例

在這種情況下，我們將電容器放置在靠近V的位置抄送盡可能的引腳?，F(xiàn)在傳輸線(xiàn)的長(zhǎng)度為40mil，在0MHz時(shí)看到的電感約為j6.315Ω，相當(dāng)于一個(gè)0.3nH的電感。下面的圖 11 顯示了穩(wěn)定性測(cè)量、穩(wěn)定性系數(shù)、源穩(wěn)定系數(shù)和負(fù)載穩(wěn)定系數(shù)。圖12繪制了源極和負(fù)載穩(wěn)定性圓圈。

圖 11.第二個(gè)測(cè)試用例的穩(wěn)定性測(cè)量、穩(wěn)定性因子、源穩(wěn)定性因子和負(fù)載穩(wěn)定性因子。

圖 12.第二個(gè)測(cè)試用例的源和負(fù)載穩(wěn)定性圓圈。

第三個(gè)測(cè)試用例

現(xiàn)在，將去耦電容放置在距離MAX5的V2640mm處。抄送針;傳輸線(xiàn)的寬度為42mil，在3 MHz時(shí)約為j315Ω，相當(dāng)于1.5nH電感。下面的圖13僅顯示了IC的穩(wěn)定性測(cè)量、穩(wěn)定性因數(shù)、源極穩(wěn)定系數(shù)和負(fù)載穩(wěn)定系數(shù)。

圖 13.第三個(gè)測(cè)試用例的穩(wěn)定性測(cè)量、穩(wěn)定性因子、源穩(wěn)定性因子和負(fù)載穩(wěn)定性因子。

圖13顯示，三種情況下的穩(wěn)定性因子均大于1，并且穩(wěn)定性測(cè)量值在整個(gè)頻率范圍內(nèi)為正。此數(shù)據(jù)符合無(wú)條件穩(wěn)定性的要求。此外，穩(wěn)定圈在所有頻率的史密斯圖之外。

第一個(gè)測(cè)試用例的數(shù)據(jù)顯示，在1.2GHz至5.4GHz頻率范圍內(nèi)，穩(wěn)定性因子安全地高于5，但在5GHz時(shí)接近統(tǒng)一。這表明MAX2640在5GHz以上具有工作條件穩(wěn)定性。然而，第二個(gè)測(cè)試用例的穩(wěn)定性因子在2.5GHz至4.5GHz頻率范圍內(nèi)接近統(tǒng)一，但在5GHz頻率范圍內(nèi)安全高于單位。這意味著該器件可以在 2.5GHz 至 4.5GHz 范圍內(nèi)保持有條件的穩(wěn)定。對(duì)于第三個(gè)測(cè)試用例，我們將電容器放置在距離 V 5mm 的位置抄送引腳，穩(wěn)定因子在2.5GHz至4.5GHz頻率范圍內(nèi)安全高于單位，遠(yuǎn)高于5GHz的單位。

因此，從上述分析中，我們得出結(jié)論，為了穩(wěn)定性，去耦電容器的最佳位置是距離V4mm至5mm。抄送引 腳。

原理圖和匹配網(wǎng)絡(luò)

簡(jiǎn)而言之，使用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)分析儀（HP8753D）測(cè)量315MHz時(shí)LNA輸入/輸出的S參數(shù)，并通過(guò)迭代仿真和測(cè)量過(guò)程確定最佳阻抗匹配電路。這種315MHz的性能和所需的匹配適用于汽車(chē)無(wú)鑰匙進(jìn)入應(yīng)用。匹配經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)最佳增益和噪聲系數(shù)。最佳阻抗匹配電路如圖14和圖15所示。

圖 14.MAX2640的評(píng)估板原理圖，頻率為315MHz

MAX2640 LNA的物料清單

圖 15.用于315MHz應(yīng)用的LNA輸入和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。

LNA增益和IIP3的測(cè)量設(shè)置如下。（請(qǐng)參閱圖 16。

IIP3測(cè)試使用了標(biāo)準(zhǔn)的雙音測(cè)試。

兩個(gè)RF信號(hào)發(fā)生器通過(guò)功率組合器連接到LNA輸入。

我們?cè)O(shè)置第一個(gè)發(fā)生器（HP8648B）產(chǎn)生314.5MHz，第二個(gè)發(fā)生器（HP8648B）產(chǎn)生315.5MHz（1MHz音調(diào)分離）。兩種音調(diào)都是在-30dBm下產(chǎn)生的。

使用頻譜分析儀（安捷倫 8562EC）測(cè)量 LNA 輸出端所需音調(diào)與三階產(chǎn)物之間的增益和差異。

我們使用這些測(cè)量值以及每個(gè)音調(diào)的輸入功率來(lái)找到LNA的IIP3。

圖 16.LNA 增益和 IIP3 的測(cè)量設(shè)置。

噪聲系數(shù)的測(cè)量設(shè)置

使用噪聲系數(shù)計(jì)（安捷倫N8973A）和噪聲源（HP346A）來(lái)確定LNA的噪聲系數(shù)。下面的圖 17 顯示了該設(shè)置。

圖 17.噪聲系數(shù)的測(cè)量設(shè)置。

審核編輯：郭婷