調(diào)諧MAX2640低噪聲放大器用于470MHz至770MHz ISDB-T設(shè)計(jì)
概述
MAX2640是一款低成本、低噪聲放大器(LNA)，專為400MHz至2500MHz頻率范圍的應(yīng)用設(shè)計(jì)。該器件工作在+2.7至+5.5V寬電壓范圍，典型情況下僅消耗3.3mA電流，同時(shí)具有低噪聲系數(shù)、高增益以及高輸入IP3。
綜合業(yè)務(wù)數(shù)字廣播(ISDB)是日本針對(duì)數(shù)字廣播多媒體業(yè)務(wù)提出的數(shù)字電視和廣播規(guī)范，ISDB-T是地面和移動(dòng)多媒體應(yīng)用的核心標(biāo)準(zhǔn)。在470MHz至770MHz頻段，ISDB-T將6MHz帶寬分成13個(gè)相等的分段。通道分段后，可以采用不同組合的分段發(fā)送具有不同帶寬要求的節(jié)目(例如，HDTV、SDTV、數(shù)字廣播等)，從而提高了節(jié)目播放的靈活性，移動(dòng)設(shè)備僅占用13個(gè)分段中的一個(gè)。
Maxim針對(duì)ISDB-T應(yīng)用推出了MAX2160、MAX2161/MAX2162完整的集成調(diào)諧器。MAX2640 LNA通過適當(dāng)調(diào)諧，可以加入ISDB-T調(diào)諧器的前端，改善系統(tǒng)的噪聲系數(shù)并提高增益。本應(yīng)用筆記提供了相應(yīng)的匹配電路，針對(duì)ISDB-T應(yīng)用優(yōu)化MAX2640設(shè)計(jì)。
優(yōu)化LNA指標(biāo)
針對(duì)特定頻率范圍采用適當(dāng)?shù)钠ヅ湓?，可以改善RF放大器的性能。放大器的輸入、輸出應(yīng)該接適當(dāng)?shù)男盘?hào)源和負(fù)載阻抗，確保系統(tǒng)模塊之間提供有效的信號(hào)傳輸，并將放大器對(duì)信號(hào)引入的噪聲降至最小。通常，最佳噪聲系數(shù)對(duì)信號(hào)源和負(fù)載阻抗的要求不同于最大增益對(duì)信號(hào)源和負(fù)載阻抗的要求。為了優(yōu)化低噪聲放大器的性能，應(yīng)該對(duì)輸入、輸出匹配電路進(jìn)行調(diào)整，綜合考慮噪聲系數(shù)、回波損耗和增益指標(biāo)。
MAX2640評(píng)估板有助于快速評(píng)估MAX2640，本應(yīng)用筆記采用MAX2640EVKIT對(duì)輸入和輸出匹配電路進(jìn)行優(yōu)化。
首先，確定MAX2640的固有增益和穩(wěn)定性，MAX2640的VCC引腳允許靈活放置VCC的旁路電容，從而調(diào)整VCC引腳的串聯(lián)電感。VCC引腳的串聯(lián)電感對(duì)放大器有較明顯的影響，引入一個(gè)改善性能的附加參數(shù)。從以往對(duì)于MAX2640性能分析的數(shù)據(jù)表明，在距離VCC引腳大約4mm至5mm的位置放置VCC旁路電容，可在固有增益和穩(wěn)定性之間取得較好的折中(請(qǐng)參考應(yīng)用筆記3571：MAX2640低噪聲放大器(LNA)的S參數(shù)測(cè)量和穩(wěn)定性分析)。
對(duì)于隔離度較差的運(yùn)算放大器，輸出匹配的調(diào)諧不可避免地影響到輸入匹配電路。但由于MAX2640的輸出與輸入之間具有較高的隔離度，可以單獨(dú)調(diào)諧輸入、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。本應(yīng)用筆記中，首先調(diào)諧輸出匹配以優(yōu)化增益和輸出回波損耗。
其次，應(yīng)對(duì)輸入匹配電路進(jìn)行優(yōu)化。本應(yīng)用筆記所要求的電路工作帶寬增加了輸入調(diào)諧的復(fù)雜度。為保證整個(gè)頻率范圍內(nèi)具有理想的平坦增益和噪聲系數(shù)，應(yīng)該進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋?quán)衡。本應(yīng)用筆記中，力圖在整個(gè)頻帶范圍內(nèi)保持恒定增益，并將噪聲系數(shù)降至最低。為了達(dá)到這一目標(biāo)，不得不犧牲輸入回波損耗的性能。LNA輸入采用T型匹配網(wǎng)絡(luò)，以提供寬帶匹配；同時(shí)在LNA輸入需要一個(gè)隔直流電容。
圖1所示為最終電路，表1給出了元件列表。
圖1. MAX2640針對(duì)470MHz至770MHz ISDB-T應(yīng)用的調(diào)諧電路
表1. MAX2640針對(duì)470MHz至770MHz ISDB-T應(yīng)用的評(píng)估元件列表
| DESIGNATOR | DESCRIPTION |
| C1 | 470pF ceramic cap (0603), Murata GRM1885C1H471JA01B |
| C2 | 15pF ceramic cap (0603), Murata GRM1885C1H150JA01B |
| C3 | 10µF ceramic cap (1206), AVX TAJA106D010R |
| C4 | 470pF ceramic cap (0805), Murata GRM40COG471J50V |
| C5 | 3.9pF ceramic cap (0603), Murata GRM1885C1H3R3CZ01B |
| L1 | 10nH wire-wound inductor (0603), Coilcraft 0603CS-10NXJBC |
| L2 | 22nH wire-wound inductor (0603), Coilcraft 0603CS-22NXJBC |
采用以上電路，測(cè)量VCC = +2.8V和TA = +25°C時(shí)MAX2640的性能。在頻段中心，LNA具有1.05dB的噪聲系數(shù)、15.1dB增益、-5dB輸入回波損耗、-16.5dB輸出回波損耗、-16dBm的IIP3和-26dBm的輸入P1dB。整個(gè)頻段內(nèi)，噪聲系數(shù)低于1.2dB，增益平坦度大約為±0.1dB，輸入回波損耗低于-3dB，輸出回波損耗低于-12.3dB，IIP3優(yōu)于-18dBm，輸入P1dB高于-26dBm。
為保證在法拉第腔中對(duì)精度、噪聲系數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量，電路損耗、輸入和輸出匹配元件的損耗均已計(jì)入所有測(cè)量值，整個(gè)頻段的性能如圖2–5所示。
圖2. 優(yōu)化后的噪聲系數(shù)與頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系
圖3. 優(yōu)化后的增益與頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系
圖4. 優(yōu)化后的輸入/輸出回波損耗與頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系
圖5. 優(yōu)化后的IIP3/P1dB與頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系
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