RF PA放大电路设计的几种思路 - 全文

随着移动数据通信技术的蓬勃发展，对各种无线设备的硬件及技术要求也越来越高，从而在实现各种通信环境之下稳定、安全、高速的数据传输未来移动通信的研究重点。射频放大器（PA）作为发射机的末端，在电路设计中要考虑很多细节，比如：调制信号是否达到所需要的发射功率，接收机是否能够完整、满意的信号电平，信号放大后如何保证不失真等等。今天，小编来问大家继续讲解有关RF放大器相关的一些知名射频半导体厂商方案。

村田（Murata）自适应通信多级构成PA 电路

概述：村田自主研发的功率放大器，采用多级构成PA，从而稳定保证RF射频达到发射所需功率，同时能够根据相应的通信方式改变PA的构成。

村田自适应多级构成PA - 详细介绍：

图1为PA的电路示例。由于单级PA难以达到所要求的输出功率，因此通常为多级构成。图1的PA为二级构成，但是所要求的输出功率因手机通信方式而异，故须根据相应的通信方式来改变PA的构成。例如，GSM要求的输出功率比UMTS大，因此，UMTS多为二级构成，而GSM则多为三级构成。

图1： 功率放大电路 （二级构成）

1. 阻抗匹配 （匹配）

在信号的传送线路，让发送端电路的输出阻抗与接收端电路的输入阻抗一致，匹配后，可以最大限度地把发送端的电力传送到接收端。

因此，PA的输入输出部分也需要匹配电路。

匹配电路使用电容器和电感器，请确认要使用的频带具备充分的特性 （Q、自谐振频率等） 。

2. 输入匹配电路

T大多数输入匹配电路的信号电平较小，并且零件的Q的大小对PA特性没有那么大的影响。此外，为了满足最近的PA小型化需求，选择小型电感器的情况也日益增多。

村田的电感器中，薄膜型LQP03TN_02系列 （0.6×0.3mm） 和更小型的LQP02TQ_02系列 / LQP02TN_02系列（0.4×0.2mm） 很合适。

图2为LQP02TQ_02/LQP02TN_02/LQP03TN的Q （均为6.8nH） 对比图表。此图表是采用了前面介绍的SimSurfing表示的。

图2： LQP02TQ_02/LQP02TN_02/LQP03TN的Q对比 （均为6.8nH）

3. 输出匹配电路

由于被PA放大的信号通过输出匹配电路，因此信号电平将增大，并且零件的Q也将对PA特性产生很大影响。RF电感器也是Q越大，PA的增益就越大，并且还可以缩小输出电流。故请一边调整所要求的增益和输出电流等，一边择RF电感器。

村田的电感器中，绕线型LQW系列的Q最高，使用LQW系列可以获得高性能的PA特性。 小尺寸、Q值较高的 LQW04AN_00系列（0.8×0.4mm间距）/ LQW03AW_00系列（0.53×0.4mm间距）很合适。另外，在要求更小型化的情况下，尺寸为0603，Q值最高的薄膜式LQP03HQ系列（0.6×0.3毫米）为首选。

图3、图4为LQW03AW/LQW04AN/LQP03HQ的 （7.5nH） 对比图表。

图3： LQW03AW/LQW04AN/LQP03HQ的Q对比 （均为7.5nH）

4. 电源线

为了达到阻止 （扼流） 交流 （信号或噪声） 、只通过直流的目的，PA的电源线采用扼流线圈。如果扼流线圈出现电压下降，就会影响PA特性，因此希望电感器的直流电阻尽可能小。一级的输出功率较小，因此流过扼流线圈的电流较小; 随着后一级输出功率的增大，流过扼流线圈的电流将增大。

另外，经常会有PA内的扼流线圈写入多层基板的情况发生、扼流线圈占据了PA的大部分面积，就会阻碍PA本身的小型化。

村田为PA的小型化做出了贡献，在电流较小的初段，推荐使用薄膜型的LQP03TN_02系列（0.6×0.3毫米）。另外、在电流较大的后端，推荐使用PA扼流专用的LQP03P系列（0.6×0.3毫米）产品。

此外、这里的链接介绍了DCDC变流器以及PA间的电源线噪音措施案例，推荐了措施相关产品LQW15C系列（1.0×0.5mm）。

村田在输入、输出匹配电路，内部电源线之间，推荐部分适用的产品系列：

［输入匹配电路］

?LQP02TQ ?LQP02TN ?LQP03TN

［输出匹配电路］

?LQW04AN ?LQP03HQ

［电源线（PA内部）］

?LQP03P

［电源线（DCDC-PA间）］

?LQW15C ?LQW18C

村田针对适用于手机及智能手机开发多种低功耗、小尺寸、支持多频段的发射模块，如LMPR5LCA-D71/D72系列产品，支持双频段Dual Band （Band1/Band5+18） ， 单频段Single Band （Band11） ，产品采用LTCC基板高度集成SAW滤波器、功率放大器和磁稳定器为一体，器件体积相比原有产品缩小50%。

村田高度集成适用于智能机的发射模块

世界最小、低功耗智能终端RF发射模块LMPR5LCA-D71/D72

世界首创集SAW滤波器、功率放大器和稳定器为中心一体发射模块

HFQPRAPCA-064/065/066

凌力尔特（Linear）集成信号链路 µModule 接收器

凌力尔特信号链路模块采用与多芯片模块 （MCM） 相似的系统级封装 （SiP） 技术，旨在把采用不同制造工艺的组件与无源组件集成起来，以实现一个集成型子系统。微型模块 （µModule） 接收器由高性能、高速 ADC 与固定增益、高速放大器和抗混叠滤波器组成。集成型 ADC + 驱动器产品包括集成旁路电容，并简化了保持 AC 性能所需的高频电路布局。

在RF/无线应用方面，凌力尔特提供多种对于RF射频前端的一体化解决方案。包括了RF射频功率检测，IF放大器及ADC驱动器，在功率放大器方面提供如可变增益放大器、单位增益缓冲放大器及相应的功率放大器控制器，低功耗收发器及高集成度、针对信号链路的 µModule 接收器产品系列。

凌力尔特 µModule 接收器产品系列

链路 µModule 接收器包括LTM9013/9012/9011/9010/9009/9004/9003/9002/9001

通信链路 µModule 接收器产品示例：

① 双通道14位、支持 300MHz低通滤波宽带接收器 - LTM9013

特点：

· 集成型 I/Q 解调器、IF 放大器、和双通道 14 位、310Msps 高速 ADC

· 外部高通滤波器允许进行带宽调节

· 用于每个通道的 300MHz 低通滤波器

· RF 输入频率范围：0.7GHz 至 4GHz

· 50Ω 单端 RF 端口

· 50Ω 差分 LO 端口

· 频率平坦度：1.3dB （典型值）

· 在 -7dBFS 具有 66dBc IM3 电平

· 在 -1dBFS 具有 59dB SNR

· 并联 DDR LVDS 输出

· 时钟占空比稳定器

· 低功率：2.6W

· 停机和打盹模式

· 15mm x 15mm BGA 封装

典型应用：

描述：

LTM®9013 是一款 300MHz 宽带接收器。该器件采用集成系统级封装 （SiP） 技术，是 μModule® （微型模块） 接收器，内置一个双通道高速 14 位 A/D 转换器、低通滤波器、差分增益级和一个正交解调器。

LTM9013 非常适合于宽带 I/Q 接收器应用，其 AC 性能包括 59dB SNR 和 1.3dB 频率平坦度 （从 DC 至 300MHz）。在该器件的外部使用一个高通滤波器或简单的 AC 耦合，以实现设计灵活性。集成型片内宽带变压器在 RF 输入端上提供了一个 50Ω 单端接口。

一个 5V 电源负责为解调器供电，而一个 3.3V 电源则用于给 IF 放大器供电，以实现最小的失真。一个 1.8V 电源允许执行低功率 ADC 操作。一个单独的输出电源使得 DDR LVDS 输出能够驱动 1.8V 逻辑电路。一个可任选的多路复用器允许两个通道共用一根数字输出总线。一个任选的时钟占空比稳定器在全速和多种时钟占空比条件下实现了高性能。

应用：

· 电信

· 宽带、低 IF 接收器

· 数字预失真接收器

· 蜂窝基站

② RF无线低功率收发器产品系列

凌力尔特低功率收发器可在电源电压低至 1.8V 的条件下正常运作的低电压 RF 器件系列。这些器件包括 RF 前端、I-Q 调制器、IF 解调器和 RSSI 接收器，它们组合起来形成了一个 2GHz 收发器。

RF无线低功率收发器产品系列

系列包括LT5500/5506/5546/5502等

LT5500 低功率收发器产品介绍：

LT5500低功耗收发器内部结构图