由于人们日益渴望通过智能手机、TV、GPS 和 Wi-Fi 传送数据,所以通信基础设施的有限带宽几乎被填满了。为了满足这种渴望,通信设计师定义了各种系统,将越来越多的数据塞进有限的带宽中,不过数据传输速率的提高是有代价的:需要保真度越来越高的发送和接收信号链路。 至于放大器,要忠实地再现信号并不降低原始信号质量,就需要低噪声和高线性度。在信号功率较低时,不想要的噪声必须足够低,以允许想要传输的信号上升到噪声层之上。在信号电平较高时,线性放大器必须防止不想要的谐波和互调分量屏蔽想要传送的信号。LTC6431-15 和 LTC6430-15 就实现了这两个目标。 LTC6431-15 和 LTC6430-15 是两款固定增益放大器,具备非常高的 OIP3 (线性度),有关噪声非常低。LTC6431-15 是单端射频 (RF) / 中频 (IF) 增益构件,可直接驱动 50Ω 负载,而 LTC6430-15 是差分 RF / IF 增益构件,具备更高的功率和更宽的线性带宽。这些增益构件兼具最高性能和易用性,通过在内部处理偏置、阻抗匹配、温度补偿和稳定性问题,消除了设计方案难以实现的问题。
针对低输入信号电平提供低 NF在低输入信号电平时,噪声限制了通信系统的灵敏度。通信系统的噪声特性由噪声指数 (NF) 来表示,由输入端的“信号噪声功率比”除以输出端的“信号噪声功率比”得出,单位为分贝。放大器的输入端总是存在噪声,而且噪声与想要传输的信号一起放大。NF 表示放大器本身给信号增加了多少不想要的噪声。理想情况下,放大器的 NF 为 0dB,但是任何真实的放大器都会增加噪声,因此人们的目标是,最大限度地减少噪声损害。典型 IF 放大器具备 3dB 至 12dB 噪声指数。LTC6431-15 和 LTC6430-15 在 240MHz 时均展现出 3.3dB NF。
令人印象深刻的 OIP3 有效降低 IM 分量线性度限制了在频率域隔离想要信号和不想要信号的能力。在输入信号电平较高时,想要的信号上升至远高于噪声层,因此噪声不是什么问题,但是放大器的线性度变得更加重要了。 如图 1 所示,如果将一个单音调注入非线性放大器,那么结果得到的是想要的音调及其谐波。通常情况下,这些谐波信号可以滤除,因为在频率域它们与想要的音调离得足够远。如果将两个音调注入一个非线性放大器,那么结果得到的是,两个想要的音调以及由众多不想要的音调极其复杂地混合在一起,这包括两个音调的谐波、两个输入音调的和与差、以及其他互调分量 (参见图 2)。
图 1:非线性器件输入端的音调在输出端产生谐波
图 2:非线性器件输入端的两个音调在输出端产生互调分量 互调 (IM3) 分量 (2f1 C f2 和 2f2 C f1) 是这些不想要音调的一个子集,这个互调分量子集尤其麻烦。IM3 分量可能非常靠近想要信号的频率,从而使得这些分量几乎不可能滤除掉。 放大器线性度特性最常用三阶输出截取点 (OIP3) 来表示,这是一个假想点,在这个点上,IM3 分量的功率与基频信号功率相交。LTC6431-15 展现了非常小的 IM3 分量,因此其 OIP3 非常好。当阻塞 (干扰) 信号或相邻通道靠得非常近时,最大限度降低 IM3 分量尤其重要,因为 IM3 分量的增大速度是想要音调的三倍。在不使想要信号失真的情况下,这限制了放大器能够处理的可接受的输出功率,因此也就限制了输入功率。 噪声 (用 NF 表示其特性) 限制了放大器对小幅度输入信号的灵敏度,而线性度 (用 OIP3 表示其特性) 限制了放大器对大幅度输入信号的灵敏度。NF 和 OIP3 这两种衡量标准合起来,定义了放大器对一个信号的可用动态范围。 高线性度解决最难的通信问题LTC6431-15 在 240MHz 时 OIP3 典型值为 47dBm,基本上将 IM3 分量压到了噪声层中,这样 IM3 分量就不能干扰想要信号了 (参见图 3)。LTC6430-15 也不甘示弱,在 240MHz 时其 OIP3 为 50dBm。结合其 3.3dB NF,这两款放大器都提供非常宽的动态范围,通过在高信号电平和低信号电平时保持高保真度,应对了高数据传输速率的挑战。
图 3:LTC6431-15 在 240MHz 时 OIP3 为 47dBm,基本上是将双音调信号的 IM3 分量压到噪声层中,这样 IM3 分量就不能干扰想要信号了。 易于插入不同应用中实现 RF / IF 增益级并不总是很容易。传统上,设计师必须首先考虑电路偏置。LTC6431-15 拥有一个内部偏置电路,该电路仅需从单 5V 电源吸取 90mA 电流,而 LTC6430-15 仅从单 5V 电源吸取 160mA 电流。 该内部偏置电路优化了器件的最大线性度工作点。温度补偿电路在环境条件变化时保持性能不变,防止高温时电流流失。这些器件还有内部稳压器,以最大限度地减小电源缺陷导致的性能变化。 RF / IF 放大器在输入端和输出端还必须是阻抗匹配的,以最大限度地增大所传输的功率和减小反射。传统上,这是一项耗时费力且需要反复进行多次的任务。一般情况下,设计师必须增加输入和输出网络,以使放大器阻抗与系统阻抗相匹配,通常是 50Ω。这些匹配网络又会改变放大器的 NF 和 OIP3,通常牺牲 NF 和 OIP3 性能以实现合理的阻抗匹配。 LTC6431-15 和 LTC6430-15 放大器在 20MHz 至 1700MHz 频带范围内,在内部匹配了输入和输出阻抗,从而简化了设计,同时保持 NF 和 OIP3 不变。单端 LTC6431-15 的输入和输出在内部匹配到 50Ω,而 LTC6430-15 的输入和输出端在内部匹配到 100Ω 差分阻抗。这就允许这些器件非常容易地插入不同应用中,而无需额外增加匹配组件。 有保证的稳定性和性能 与凌力尔特的应用电路一起使用时,LTC6431-15 和 LTC6430-15 都是可无条件稳定的。A 级版本 LTC6431-15 在 240MHz 时的 OIP3 特性是单独地表示的,保证 44dBm 的最小 OIP3。类似地, A 级版本 LTC6430-15 在 240MHz 时的 OIP3 也是单独表示的,保证 47dBm 的最小 OIP3。 一类全新的 RF 放大器 凌力尔特在生产卓越的运放型放大器方面拥有悠久历史,这类放大器能够以最低噪声和低失真来处理低频信号。尽管 LTC6431-15 和 LTC6430-15 不能像运放那样放大 DC 信号,但是它们能够放大高达 2GHz 的信号。运算放大器一般难以在高于 200MHz 时工作。 使用运算放大器时,一般需要增加反馈以设定增益。提高电压反馈运算放大器的增益会进一步减小工作带宽。另一方面,凌力尔特的 RF 型放大器提供 15dB 固定功率增益。RF 解决方案缺乏增益调节通用性,但是可用带宽远远超过了可从运算放大器获得的带宽。 运算放大器用来驱动高阻抗负载,而 LTC6430 / LTC6431 放大器可驱动 50Ω 负载,并在很宽的频率范围内 (20MHz 至 1700MHz) 实时提供功率。与运算放大器不同,这种专注于 RF 的设计在输入和输入端不需要终端电阻,因为已经在内部实现了阻抗匹配。输入端的终端电阻增加噪声,输出端的终端电阻衰减提供给负载的功率。因此,这两款 RF 放大器解决方案提供了更好的总体噪声性能和线性度。LTC6430-15 和 LTC6431-15 放大器为不需要 DC 耦合的 AC 信号应用提供了卓越的解决方案。
|