放大器是當今RF/IF信號鏈中功能最多樣的構建模塊之一。設計中廣泛使用放大器來(lái)解決無(wú)源器件或元件引起的信號損耗問(wèn)題。整個(gè)收發(fā)器都需要RF放大器來(lái)提高信號強度。在接收器中，放大器放大微弱的輸入信號；在發(fā)射器中，當信號接近最終功率放大器級時(shí)，放大器則用來(lái)提高信號強度。由于整個(gè)RF/IF信號鏈都會(huì )發(fā)生這種損耗，因此ADI公司針對各特定無(wú)線(xiàn)電部分的需要，開(kāi)發(fā)了五個(gè)系列的放大器，分別是：LNA(低噪聲放大器)、IFA(中頻放大器)、驅動(dòng)器放大器、增益模塊和VGA(可變增益放大器)。
雖然各放大器系列針對某些應用進(jìn)行了優(yōu)化，但所有放大器都有一些共同的特性需要在設計階段予以考慮。每個(gè)放大器都會(huì )提供一定的增益，增益隨頻率的變化是一個(gè)重要考慮因素。在較高頻率時(shí)，放大器的增益一般會(huì )降低，進(jìn)而可能需要在信號鏈的其它地方予以補償。數據手冊中的豐富信息也有助于加快設計過(guò)程。借助特性隨溫度、電源電壓和工作頻率的變化等數據，設計人員可以減少驗證所需時(shí)間，從而大大縮短項目的上市時(shí)間。另一個(gè)需要考慮的特性是放大器的ESD額定值。ESD額定值與器件能夠承受而不會(huì )受到損壞的靜電放電量有關(guān)。ADI公司的寬帶匹配IFA和增益模塊經(jīng)過(guò)優(yōu)化，增益隨頻率的滾降被降至最小，而且所有放大器都能在整個(gè)溫度、電源電壓和頻率范圍內提供額定性能，因此產(chǎn)品選型和設計導入過(guò)程得以簡(jiǎn)化。此外，ADI公司的放大器額定性能達到了最高ESD標準，在大規模制造環(huán)境中穩定可靠。
當今無(wú)線(xiàn)電設計的一個(gè)普遍趨勢是尺寸更小且功耗更低，所需的電路板空間和散熱量因此也更少，有助于降低成本。ADI公司的放大器致力于提高效率，以業(yè)界最低的功耗提供業(yè)界領(lǐng)先的性能。這些放大器不僅提供標準SOT-89封裝，而且提供更小、更緊湊的LFCSP封裝，以便節省電路板面積。ADI公司圍繞增益模塊放大器集成了其它功能：ADL5240 VGA中集成一個(gè)數字步進(jìn)衰減器(DSA)，ADL5243 VGA除了包含上述兩個(gè)功能外，還集成一個(gè)1/4W驅動(dòng)器放大器。整個(gè)IFA系列和增益模塊均內部匹配50 Ω電阻，并且所有放大器均集成有源偏置電路，只需極少的外部器件，從而進(jìn)一步節省電路板空間。
低噪聲放大器現在我們將詳細討論第一類(lèi)放大器——低噪聲放大器(LNA)。LNA通常用作接收路徑中的第一個(gè)有源元件。它是界定系統總體性能的關(guān)鍵元件，必須能在不顯著(zhù)增加噪聲的情況下成功放大極低的電平信號。選擇LNA時(shí)需要考慮的一個(gè)重要特性是噪聲系數，該系數與放大器增加到輸入信號中的噪聲量有關(guān)。P1dB和OIP3也很重要，前者與放大器可以輸出的線(xiàn)性信號功率量有關(guān)，后者與功率處理能力，即放大器能夠處理而不會(huì )受到損害的輸入功率量有關(guān)。ADI公司ADL5521和ADL5523 LNA的上述所有參數均很出色，實(shí)現了1dB以下的噪聲系數、21dBm P1dB、37dBm OIP3和20dBm的輸入功率處理能力。
中頻放大器中頻放大器設計用于實(shí)現IF頻率范圍(無(wú)線(xiàn)電架構中通常低于500MHz)內的高性能操作。接收器的IF部分需要高動(dòng)態(tài)范圍放大，否則信號將在模數轉換器(ADC)進(jìn)行數字化處理之前發(fā)生失真。放大器要實(shí)現高動(dòng)態(tài)范圍，必須同時(shí)具有低噪聲系數和高OIP3。ADI公司的ADL5535和ADL5536 IFA提供業(yè)界最佳的低噪聲系數與高OIP3組合。ADL5535在380MHz時(shí)提供16dB增益、3.3dB噪聲系數和45.5dBm OIP3，采用5V電源供電時(shí)功耗僅97mA。ADL5536在380MHz時(shí)提供20dB增益、2.7dB噪聲系數和49dBm OIP3，采用5V電源供電時(shí)功耗僅105mA。
圖1：ADI IFA具有高線(xiàn)性度、低噪聲系數、平坦增益和低功耗特性。
驅動(dòng)器放大器驅動(dòng)放大器一般用在無(wú)線(xiàn)電架構的發(fā)射路徑中，用于在將信號發(fā)送至最終高功率放大器級之前提高信號強度。為了有效完成這一任務(wù)，驅動(dòng)器需要針對給定輸出功率提供高線(xiàn)性度，以便實(shí)現低失真、高輸出驅動(dòng)能力。ADI公司的ADL5320(0.4-2.7GHz)和ADL5321(2.3-4GHz) SOT-89 1/4W驅動(dòng)器支持寬帶操作，對于選定的工作頻段，只需極少的外部匹配元件。ADL5320在2.14GHz時(shí)的輸出線(xiàn)性度為42dBm，輸出壓縮點(diǎn)為25.7dBm，采用5V電源供電時(shí)功耗僅104mA。ADL5321在2.6GHz時(shí)的輸出線(xiàn)性度為41dBm，輸出壓縮點(diǎn)為25.7dBm，采用5V電源供電時(shí)功耗僅90mA。如果需要更高的P1dB，ADI公司的新產(chǎn)品ADL5324 SOT-89 1/2W驅動(dòng)器集成了動(dòng)態(tài)可調偏置電路，無(wú)需外部偏置電阻即可在3.3V至5V范圍內定制OIP3和P1dB性能。此特性使設計人員可以針對具體設計需要量身定制驅動(dòng)器放大器性能?？烧{偏置還支持動(dòng)態(tài)偏置驅動(dòng)器，從而在不需要驅動(dòng)放大器發(fā)揮最高性能時(shí)節省功耗，例如系統處于待機模式時(shí)。這一可擴展性減少了評估需要，也不必針對不同輸出功率要求(25dBm至29dBm輸出功率電平)預備多個(gè)驅動(dòng)器放大器。ADL5324還具有-40°C至+105°C的寬工作溫度范圍，為功率放大器等承受較高溫度的設計提供了可靠性能。同時(shí)這款1/2W驅動(dòng)器放大器覆蓋400MHz至4,000MHz的寬頻率范圍，僅需幾個(gè)外部元件就能調諧至該范圍內的具體頻段。ADL5324 GaAs HBT 1/2W驅動(dòng)器放大器功耗業(yè)界最低(5V電源時(shí)僅133mA)，并提供同類(lèi)最佳的性能：43.1dBm OIP3、29.1dBm P1dB、14.6dB增益、3.8dB噪聲系數(2140MHz時(shí))。當偏置電壓降至3.3V時(shí)，該驅動(dòng)器功耗僅為62mA，性能如下：34.4dBm OIP3、25.3dBm P1dB、13.6dB增益、3.2dB噪聲系數(2140MHz時(shí))。如需更高的P1dB，可考慮單級1W放大器ADL5604 (0.7-2.7GHz)以及更高增益的雙級1W放大器ADL5605(0.4-1.0GHz)和ADL5606(1.8-2.7GHz)，這些放大器在其調諧頻率范圍內可提供極為平坦的增益和非常高的輸出三階交調截點(diǎn)(OIP3)特性。ADL5605提供極其平坦的23dB增益、31.1dBm的P1dB、44.3dBm的OIP3和4.8dB的噪聲系數(943MHz時(shí))。ADL5606提供極其平坦的23.8dB增益、30.7dBm的P1dB、45.7dBm的OIP3和4.8dB的噪聲系數(2140MHz時(shí))。
圖2: 業(yè)界首款具有動(dòng)態(tài)可調偏置特性和擴展溫度范圍的1/2W驅動(dòng)器放大器。
增益模塊增益模塊是最靈活的放大器系列，因為它能在IF到RF的寬頻率范圍內提供固定的增益。選擇增益模塊時(shí)需要考慮的特性取決于其實(shí)際應用，不過(guò)在寬帶應用中，增益平坦度與頻率的關(guān)系很重要。為防止信號因為放大而發(fā)生失真，動(dòng)態(tài)范圍也很重要。在現有的內部匹配增益模塊中，ADI公司ADL5601和ADL5602提供的動(dòng)態(tài)范圍最高。這一性能是在整個(gè)4GHz頻率范圍內，通過(guò)同時(shí)提供極低的噪聲系數和非常高的OIP3特性而實(shí)現的。ADL5601在900MHz時(shí)提供15dB增益、43dBm的OIP3和3.7dB的噪聲系數，功耗僅83mA。ADL5602在2GHz時(shí)提供20dB增益、42dBm的OIP3和3.3dB的噪聲系數，功耗僅89mA。這些內部匹配的增益模塊還經(jīng)過(guò)優(yōu)化，增益隨頻率的滾降被降至最小。二者均支持Class 1C(±1.5kV) ESD保護，采用工業(yè)標準SOT-89封裝，易于在當前設計中直接使用和評估。ADL5541和ADL5542是寬帶增益模塊，在低頻至6 GHz范圍內工作，提供小尺寸LFCSP封裝。
RF/IF可變增益放大器許多應用都希望通過(guò)集成來(lái)減少電路板空間。VGA通過(guò)集成各種放大器拓撲和數字步進(jìn)衰減器(DSA)來(lái)滿(mǎn)足這一要求。ADL5240和ADL5243 RF/IF數控式VGA的工作頻率范圍為100MHz至4,000MHz，具有無(wú)與倫比的增益控制性能和精度。ADL5240 VGA采用GaAs技術(shù)設計，將DSA與增益模塊集成于單片IC中，而ADL5243則在單片IC中集成DSA、增益模塊和寬帶1/4W驅動(dòng)器放大器，且沒(méi)有損失任何性能。放大器或DSA都可以作為信號鏈路上的第一個(gè)器件，并允許在設計中多處使用VGA，使系統具有最大的靈活性。每個(gè)VGA中的DSA能提供31.5dB的增益控制范圍，步進(jìn)為0.5dB，支持串行和并行接口模式，同時(shí)各VGA中的增益模塊具有40dBm以上的高線(xiàn)性度，900MHz時(shí)的噪聲系數為2.9。ADL5243的?W驅動(dòng)器提供業(yè)界領(lǐng)先的42.0dBm線(xiàn)性度性能，2.14GHz時(shí)的P1dB達到25.7dBm，極為出色。
圖3：ADI公司的RF/IF VGA集成高性能放大器和數字步進(jìn)衰減器，與分立解決方案相比，電路板空間得到大幅節省。
ADI公司通過(guò)多種方式改善RF設計：創(chuàng )新的電路設計、簡(jiǎn)化的調諧要求以及詳細的數據手冊信息。這些均有助于RF設計人員設計出滿(mǎn)足自身需求的解決方案，讓尺寸更小、功耗更低的系統快速上市。
