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高线性放大器在推挽电路中的设计和性能测量

作者:angelazhang时间:2015-11-09

Avago公司的MGA-30689是一颗宽带、增益平坦、低噪声、高线性度的放大器,其频率范围从40MHz 到 2600MHz。本文主要是介绍如何增强MGA-30689的线性特性,特别是针对CATV市场的的OIP2和CSO指标。


MGA-30689可应用于推挽电路,和单端型电路相比,其增益平坦度在整个CATV的频带(50~1000MHz)内可达±1dB,OIP2可达+76dBm,OIP3可达+44dBm,CSO可达-77dBc,CTB可达-80dBc。


能达到如此好的特性,主要依赖Avago科技的0.25um GaAs 增强型pHEMT工艺制程。该增强型技术允许将直流电源直接接到源极上,不仅为器件的单电源设计提供了便利,而且能够为器件提供更好的高线性特性。


推挽式放大电路理论

一套推挽式放大电路包含如下电路单元:一个位于放大器输入端的0-180度功率分配器,驱动两个反向的同质放大器;一个位于放大器输出端的0-180度功率合成器,将两个设备的功率进行合成。功率分配器和功率合成器是推挽式电路的重要单元,其作用有些类似于巴伦(平衡-非平衡转换器)。微波推挽式放大电路的框图如下。


图1:微波推挽式放大电路框图


推挽式放大电路的优点

推挽式放大电路和单端型放大电路相比,其输入和输出阻抗是后者的4倍,因此其更容易进行端口的阻抗匹配。并且虚拟地的存在,也使得匹配网络的拓扑结构更加的紧凑和简单。针对CATV的应用,其偶数级谐波的消失,比如F2-F1,2F1,2F2和F1+F2可以明显使得二级交调,比如OIP2和CSO等有更好的效果。


推挽式放大电路的缺点

尽管有很多优点,但推挽式放大电路也存在一些缺点。按照前面提到的电路架构,由于巴伦的存在,输入和输出端口的反射功率并不能被抵消,端口之间的隔离度也比较低,理论上只有6dB,这有可能导致器件的稳定性比较差。另外,巴伦也会增加设计的复杂度和产品的售价。


MGA-30689的推挽电路设计和PCB设计

MGA-30689的推挽电路设计图如下


图2:MGA-30689的推挽电路设计图


为保证在整个CATV的频率范围内有良好的回波损耗和增益平坦度,在电路中增加了负反馈电路,具体如图3:

图3:负反馈电路


根据上面的电路制造的PCB电路如下图:

图4:上述推挽式电路的PCB demo板


MGA-30689的测试结果

依据上面的demo板,在Zo = 75,Vdd = 5.0 V,Idd = 200mA,Fc = 50 MHz to 1000MHz 的条件下,MGA-30689的小信号测试结果如下:

图5:回波损耗

图6:小信号增益

图7:反向隔离

图8:噪声系数


MGA-30689的非线性和交调失真特性

针对CATV的信号特点,CATV系统需要测试XMOD、CSO和CTB的二阶和三阶失真来代替微波通用的IP2和IP3特性。

测试条件如下:

图9:MGA-30689交调失真测试条件


MGA-30689的交调失真测试结果如下:

图10:OIP2和OIP3特性


图11:XMOD、CSO和CTB特性


综上,我们逐步讨论了安华高MGA-30689在推挽电路中的设计和测量的过程。由此可见,通过采用合适的电路结构和正确的设计,MGA-30689可以在CATV的应用中有良好的失真特性和宽带性能。其特性的总体情况如下图。

图12:MGA-30689推挽式电路各项测试结果










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