应用笔记 4044

调谐MAX2640低噪声放大器(LNA)用于470MHz至770MHz ISDB-T设计


摘要 : MAX2640是一款低成本、低噪声放大器,专为400MHz至2500MHz频率范围的应用设计。本应用笔记给出了针对470MHz至770MHz ISDB-T应用对MAX2640 RF匹配电路的调整。通过优化电路,使其在整个工作频段满足下列指标:噪声系数< 1.2dB、增益> 15dB、输入回波损耗< -3dB、输出回波损耗< -12dB、IIP > -18dBm、输入P1dB > -26dBm。

概述

MAX2640是一款低成本、低噪声放大器(LNA),专为400MHz至2500MHz频率范围的应用设计。该器件工作在+2.7至+5.5V宽电压范围,典型情况下仅消耗3.3mA电流,同时具有低噪声系数、高增益以及高输入IP3。

综合业务数字广播(ISDB)是日本针对数字广播多媒体业务提出的数字电视和广播规范,ISDB-T是地面和移动多媒体应用的核心标准。在470MHz至770MHz频段,ISDB-T将6MHz带宽分成13个相等的分段。通道分段后,可以采用不同组合的分段发送具有不同带宽要求的节目(例如,HDTV、SDTV、数字广播等),从而提高了节目播放的灵活性,移动设备仅占用13个分段中的一个。

Maxim针对ISDB-T应用推出了MAX2160、MAX2161/MAX2162完整的集成调谐器。MAX2640 LNA通过适当调谐,可以加入ISDB-T调谐器的前端,改善系统的噪声系数并提高增益。本应用笔记提供了相应的匹配电路,针对ISDB-T应用优化MAX2640设计。

优化LNA指标

针对特定频率范围采用适当的匹配元件,可以改善RF放大器的性能。放大器的输入、输出应该接适当的信号源和负载阻抗,确保系统模块之间提供有效的信号传输,并将放大器对信号引入的噪声降至最小。通常,最佳噪声系数对信号源和负载阻抗的要求不同于最大增益对信号源和负载阻抗的要求。为了优化低噪声放大器的性能,应该对输入、输出匹配电路进行调整,综合考虑噪声系数、回波损耗和增益指标。

MAX2640评估板有助于快速评估MAX2640,本应用笔记采用MAX2640EVKIT对输入和输出匹配电路进行优化。

首先,确定MAX2640的固有增益和稳定性,MAX2640的VCC引脚允许灵活放置VCC的旁路电容,从而调整VCC引脚的串联电感。VCC引脚的串联电感对放大器有较明显的影响,引入一个改善性能的附加参数。从以往对于MAX2640性能分析的数据表明,在距离VCC引脚大约4mm至5mm的位置放置VCC旁路电容,可在固有增益和稳定性之间取得较好的折中(请参考应用笔记3571:MAX2640低噪声放大器(LNA)的S参数测量和稳定性分析)。

对于隔离度较差的运算放大器,输出匹配的调谐不可避免地影响到输入匹配电路。但由于MAX2640的输出与输入之间具有较高的隔离度,可以单独调谐输入、输出匹配网络。本应用笔记中,首先调谐输出匹配以优化增益和输出回波损耗。

其次,应对输入匹配电路进行优化。本应用笔记所要求的电路工作带宽增加了输入调谐的复杂度。为保证整个频率范围内具有理想的平坦增益和噪声系数,应该进行适当的权衡。本应用笔记中,力图在整个频带范围内保持恒定增益,并将噪声系数降至最低。为了达到这一目标,不得不牺牲输入回波损耗的性能。LNA输入采用T型匹配网络,以提供宽带匹配;同时在LNA输入需要一个隔直流电容。

图1所示为最终电路,表1给出了元件列表。

图1. MAX2640针对470MHz至770MHz ISDB-T应用的调谐电路
图1. MAX2640针对470MHz至770MHz ISDB-T应用的调谐电路

表1. MAX2640针对470MHz至770MHz ISDB-T应用的评估元件列表
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

性能

采用以上电路,测量VCC = +2.8V和TA = +25°C时MAX2640的性能。在频段中心,LNA具有1.05dB的噪声系数、15.1dB增益、-5dB输入回波损耗、-16.5dB输出回波损耗、-16dBm的IIP3和-26dBm的输入P1dB。整个频段内,噪声系数低于1.2dB,增益平坦度大约为±0.1dB,输入回波损耗低于-3dB,输出回波损耗低于-12.3dB,IIP3优于-18dBm,输入P1dB高于-26dBm。

为保证在法拉第腔中对精度、噪声系数的准确测量,电路损耗、输入和输出匹配元件的损耗均已计入所有测量值,整个频段的性能如图2–5所示。

图2. 优化后的噪声系数与频率的对应关系
图2. 优化后的噪声系数与频率的对应关系

图3. 优化后的增益与频率的对应关系
图3. 优化后的增益与频率的对应关系

图4. 优化后的输入/输出回波损耗与频率的对应关系
图4. 优化后的输入/输出回波损耗与频率的对应关系

图5. 优化后的IIP3/P1dB与频率的对应关系
图5. 优化后的IIP3/P1dB与频率的对应关系

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