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蓝牙功率放大器:系统性能评估

星星科技指导员 来源:ADI 作者:ADI 2023-02-21 16:42 次阅读

MAX2240功率放大器(PA)具有蓝牙工作特性®。介绍了以下方面的性能:发射输出频谱、1dB压缩点、S参数、噪声系数、谐波输出成分、增益和电源电流。蓝牙在 2.402GHz 和 2.48GHz 之间使用 GFSK 调制。PA输出功率为+20dBm,包括输出功率控制电路。

介绍

蓝牙通信是一种TDD(时分双工)系统,在2.402GHz和2.48GHz之间的ISM频段运行。蓝牙系统使用称为 0.5BT GFSK 的数字频率调制方法 (高斯频移键控).通过这种类型的调制,载波向上移动175kHz以表示“1”,向下移动175kHz以表示“0”,通常以每秒1M符号的速率移动。0.5BT(带宽时间)在数据速率的一半(即3kHz)下定义了500dB带宽。该系统采用FHSS(跳频扩频)来提高RF链路的质量和可靠性。跳频速率高达 1600 跳/秒。在GFSK调制中,信号包含在恒定幅度包络中;因此,允许PA(功率放大器)驱动到饱和状态,以高效率提供发射功率。

Maxim的MAX2240单电源、低压、功率放大器IC非常适合蓝牙应用。该PA提供标称+20dBm (100mW)输出功率。此外,PA还包括一个数字电源控制电路。有四个数字控制的输出功率电平,使 PA 符合蓝牙 1 类和 2 类电源。数字输入控制活动和关断操作模式,以高效操作TDD系统中的PA。MAX2240集成了RF输入和级间匹配,简化了IC的应用,并最大限度地减少了PCB(印刷电路板)的面积。

蓝牙所需的 PA 特性分析

发射输出频谱:发射输出频谱的测量分析频域中的功率电平,以确保在给定条件下,PA将满足FCC 20dB带宽要求(FCC 15.247)和蓝牙发射频谱模板要求(有关详细信息,请参见表1)。

发射输出频谱与VCC的关系(参见测试结果A、B、C和D)
发射输出频谱与增益控制电平的关系(参见测试结果A、B、C和D)
发射输出频谱与输入功率斜坡(参见测试结果E):由于PA的典型AM-PM(幅度调制相位调制)非线性效应,输入功率斜坡速度决定了瞬态输出功率频谱。当斜坡速度超过极限时,AM-PM非线性效应将导致频谱输出增长。必须控制这种新的频谱增长,以保持在蓝牙指定的带内杂散发射要求以下。

1dB 压缩点测量(参见测试结果 F)

小信号S参数测量(参见测试结果G):由于MAX2240是典型的A类PA,器件特性会因PA输入而异。使用 HP 8753E 网络分析仪进行测量。因此,由于网络分析仪的瞬态行为,S22不代表实际输出匹配。20dB负载/焊盘通过网络分析仪校准进行补偿,以包括其影响。

PA的噪声系数(参见测试结果H):表征PA引起的总热噪声功率。

噪声功率测量(见测试结果I):表征宽频率范围内的噪声功率发射。

谐波测量(见测试结果J)

PIN 与 PIN 与 POUT 测量以及 PIN 与 ICC 测量(参见测试结果 K)

频率偏移 发射功率
±550kHz -20分贝
|M - N |= 2 -20分贝
|M - N |> = 3 -40分贝

MAX2240 PA性能评测

总体测试条件:

所有测试均在室温下进行。

调制类型:蓝牙,GFSK,频率偏差为0.5BT和175kHz。

工作台设置框图

poYBAGP0h1CAIVbUAACJ-5OEa5I124.png

图1.用于输出功率、输出频谱以及谐波和 P1db 测量的台架设置。

pYYBAGP0h0qAFlvrAABihhr5PM0830.png

图2.用于光谱飞溅测量的工作台设置。

poYBAGP0h0WANpstAAAZMHnSq2A286.png

图3.用于小信号 S 参数测量的台架设置。

pYYBAGP0h0CAXQ78AAA4Y6BOAhw044.png

图4.用于噪声系数测量的工作台设置。

审核编辑:郭婷

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