《射频功率放大器》课件第9章

CGB240采用单一的电源供电，工作电压范围为2.0～5.5V，二级工作电流为160mA，总功耗为0.5W。其最大RF输入功率为＋10dB；总功率增加效率(PAE)采用4级模拟功率控制，分别为10％、20％、32％和50%；输出功率可通过一个模拟控制电压(VCTR＝0～3.2V)来调整，当电源电压VCC=3.2V时，输出功率PO为23dBm；采用简单的外部输入、级间和输出匹配电路，具有高的谐波抑制能力(功率等级4二次谐波抑制典型值为-35dBc)；具有低功耗功能，在VCC=3.2V，VCTR<0.4V和无RF输入信号时，电流消耗仅为1μA。

CGB240采用TSSOP-10封装，引脚封装形式如图9.1.1所示，引脚功能如表9.1.1所示。

CGB240内部结构方框图如图9.1.2所示，芯片内部包含有2级放大器。图9.1.1CGB240引脚封装形式图9.1.2CGB240内部结构方框图

CGB240使用微带线(TRL)匹配的蓝牙PA参考设计电路和印制板图如图9.1.3所示，图9.1.3所示电路所用元器件的参数如表9.1.2所示。在图9.1.3所示印制板图中，VC1和VC2连在一起，VCTR1和VCTR2连接在一起。CGB240使用分立元件匹配的蓝牙功率放大器电路和印制板如图9.1.4所示，图9.1.4所示电路所用元器件的参数如表9.1.3所示。图9.1.3CGB240使用微带线(TRL)匹配的蓝牙PA参考设计电路和印制板布局图(a)电原理图;(b)印制板布局图图9.1.4CGB240使用分立元件匹配的电路电原理图和印制板布局图(a)电原理图;(b)印制板布局图

9.2CGB241二级蓝牙功率放大器

CGB241是一个蓝牙(1级)功率放大器，其符合蓝牙class1和IEEE802.11b标准，也可用于家庭RF、WLAN、无绳电话、2.4～2.5GHzISM频带等无线系统中。

CGB241采用单一的电源供电，工作电压范围为2.0～5.5V，二级工作电流为160mA，总功耗为0.5W。其最大RF输入功率为＋10dB；当电源电压VCC=3.2V时，输出功率PO为22.5dBm。总功率增加效率(PAE)采用4级模拟功率控制，分别为7％、15％、30％和50%；输出功率可通过一个模拟控制电压(VCTR＝0～3.2V)来调整，当电源电压VCC=3.2V时，输入功率为＋3dB，当VCTR＝2.5V时，输出功率PO为22.5dBm；CGB241采用简单的外部输入、级间和输出匹配电路，并具有高的谐波抑制能力，二次谐波抑制典型值为

－35dBc;具有低功耗功能,关断电流VCC=3.2V,VCTR<0.4V没有RF输入时,仅为1μA。封装尺寸薄小,面积仅2.6mm2。

CGB241采用SLIM-7封装，引脚封装形式如图9.2.1所示，引脚功能如表9.2.1所示。图9.2.1CGB241引脚封装形式

CGB241内部结构方框图如图9.2.2所示，芯片内部包含有2级放大器。

CGB241使用微带线(TRL)匹配的蓝牙PA参考设计应用电路和印制板图如图9.2.3所示，在印制板图中，VC1和VC2连在一起，VCTR1和VCTR2连接在一起。电路所用元器件的参数如表9.2.2所示。图9.2.3CGB241使用微带线(TRL)匹配的蓝牙PA参考设计电路和印制板布局图(a)电原理图；(b)印制板布局图

9.3MAX2240蓝牙功率放大器

MAX2240是专门设计用在2.4～2.5GHz频带的功率放大器(PA)。其符合蓝牙class1和IEEE802.11b标准，可用于蓝牙、家庭RF、WLAN、无绳电话、2.4～2.5GHzISM频带等无线系统中。

MAX2240的工作电压为2.7～5V，工作电流为110mA，低功耗时电流为10μA，连续功率消耗(TA=+85℃)为0.81W。其最大RF输入功率为＋10dB；功率级是由D0、D1设定的，两位数字信号控制4个功率级别，功率控制步长为2～8dB，输出功率(VCC=3.2V，=3dBm，VD1≥2V,

=2.45GHz，VD0≥2V时)为19dBm；功率上升和下降时间为2μs；采用集成的50Ω输入匹配。

MAX2240芯片采用UCSPTM封装，尺寸为1.56mm×1.56mm，引脚封装形式如图9.3.1所示，内部结构如图9.3.2所示，引脚功能如表9.3.1所示。图9.3.1MAX2240引脚封装形式图9.3.2MAX2240内部结构

1.电路工作原理

当D0=D1=1时，电路进入最大功率工作模式，输出功率为+19dB。信号通路由输入放大级和功率放大级组成。在两个放大级之间有一个匹配电路和放大器的阻抗匹配。功率放大器还包含了一个和外部逻辑指令口(D0、D1和SHDN)连接的偏置电路，这些端口用来控制放大器的加电以及关断和输出功率的大小。

MAX2240采用数字功率控制电路，大大简化了对输出功率的控制。电流驱动电路提供了4种级别精确可控的电流，可对VGA实现增益控制，这4种级别通过功率可控数字输入口(SHDN、D0和D1)来选择。D0和D1两位数字控制了4种级别的选择，步长大约为6dB。D0和D1不同组合下相应的输出功率以及电路的电流损耗如表9.3.2所示。偏置电路为放大器提供了独立的偏置电压和电流。偏置电路的作用是减小由于温度、VCC以及RF输入功率的变化而引起的输出功率的改变，保证了在所有的功率级下，接上VSWR负载时功率放大器的输出稳定。芯片采用一个RC低通滤波器防止RF信号干扰偏置电路。为降低功耗，当在SHDN端口上有数字低电平出现时会关断放大器，此时仅有不到1μA的电流消耗。

MAX2240输入端内部有50Ω匹配网络，RF输入信号可直接连到RFIN端口，输出级需匹配。

2.应用电路

MAX2240功率放大器使用小尺寸、低成本的表面安装的外部元件。电容选用0402封装的多层陶瓷电容，这些电容有很好的高频性能和稳定性。电感选用0603封装。典型的应用电路如图9.3.3所示。所有的传输导线连接采用印制在PCB板上简单的微带线形式。图9.3.3MAX2240典型的应用电路(a)电原理图；(b)元器件布局图；(c)印制电路板图(元器件面)；(d)印制电路板图(接地面)；(e)印制电路板图(电源面);(f)印制电路板图(焊接面)

MAX2240工作在单电源下(VCC)，bias、VCC和RFOUT三个引脚由电源加电，每一个引脚和电源之间都需要连接一个旁路电容。在公共电源VCC节点上需要有一个1μF的旁路电容连接到地(见图9.3.3)。偏置电路要求有一个220pF的电容接地，电容的一端尽可能地靠近bias口，而另一端接GND1口，GND1接地。VCC给放大器的第1级输出供电，需要在VCC上串联一个1.2nH的电感和一个18pF的旁路接地电容来优化输出功率和效率。RFOUT端口通过一个自感频率为2.4GHz的高频扼流线圈(22nH)连接到电源上。

MAX2240功率放大器要求在RFOUT端口有一个外部匹配网络，用来优化放大器的输出功率和效率。对于2.45GHz频段上适宜的匹配，在RFOUT端口上的负载阻抗大约为15Ω+j18Ω。获得适宜的50Ω传输阻抗有很多方法，典型的工作电路中输出匹配可以串联一根长度为75Ω∥26°的传输线，或者使用一根末端开口的传输线与一个长度为65Ω∥41°的波导管短路线并联。并联波导管短路线可以减少输出中的二次谐波。9.4MAX2244/45/46蓝牙功率放大器

MAX2244/45/46是专门设计的用在2.4～2.5GHz频带的蓝牙功率放大器。符合蓝牙Class1和802.11FHSS标准，应用于蓝牙、家庭RF、无绳电话系统中。

MAX2244/45/46采用3～3.6V单电源供电，工作电流为172/179/118mA，低功耗时电流为10μA，连续功率消耗(TA＝+85℃)为0.81W。

MAX2244/45/46带有闭环模拟功率控制电路，MAX2244/MAX2246功率控制电压为0.5～2V，MAX2245功率控制电压为0.9～2.2V。内部电路自动控制开启/关断期间输出功率的斜坡上升/下降，以满足蓝牙低寄生发射要求，功率上升和下降时间为4μs，功率下降时间为1.8μs。他们的RF输入功率为0～4dB；输出功率为24/24/21dBm；输入VSWR(RS=50Ω时)为1.5∶1～2∶1。

MAX2244/45/46可补偿PA和天线之间的滤波器损失，确保能有19dBm的功率输出到天线上。

MAX2244/45/46器件采用UCSPTM封装。封装尺寸为1.56mm×1.56mm，引脚封装形式如图9.4.1所示。MAX2244/45/46芯片的引脚功能如表9.4.1所示。图9.4.1MAX2244/MAX45/MAX46引脚封装形式

1.内部结构

MAX2244/45/46的内部功能模块如图9.4.2所示，芯片内部包含有：功率放大器(PA)、控制放大器(CONTROLAMP)、功率检波器(POWERDETECTOR)、匹配电路(MATCH)

、偏置电路(bias)、模拟接口电路(ANALOGINTERFACE)、关断电路(SHUTDOWN)等。图9.4.2MAX2244/45/46芯片的内部功能模块图

MAX2244/45/46信号通路由一级可调增益的输入放大器和两级固定增益的放大器组成。芯片RFIN/SHDN端口是双功能输入端，即用于RF信号输入或者是关断芯片控制信号输入。RF输入端内部有一个50Ω的匹配。内部偏置电路给放大器的每一级都提供一个上拉的偏置电压、电流和内部的低通RC滤波器滤波偏置电流。当功率放大器连接一个大的VSWR负载时，偏置电路可以保证功率放大器的稳定性。芯片通过内部功率检测输出，控制第1级放大器的增益变化；用一个闭环功率控制电路，使芯片在温度、VCC和RF输入功率变化的情况下，可以提供一个稳定的RF输出功率。

2.应用电路

MAX2244/45/46的典型应用电路如图9.4.3所示，电路所用元件的参数如表9.4.2所示，MAX2246评估板电路和印制板图如图9.4.4所示。图9.4.3MAX2244/45/46的典型应用电路图9.4.4MAX2246评估板电路元器件布局与印制板图(a)电原理图；(b)元器件布局；(c)印制电路板图(元器件面)；(d)印制电路板图(接地面)；(e)印制电路板图(电源面)；(f)印制电路板图(焊接面)

MAX2244/45/46使用单电源电压(VCC)，连接到VCC1、VCC2和RFOUT偏置电压的3个部分。VCC回路采用星形布局，在星形的连接点上，连接10μF和10nF的去耦电容到地，这样可以减少噪声和串扰以及工作瞬时电流，提高芯片的工作稳定性。此外，芯片的每一个电源引脚端都需要一个高频旁路电容和1nF的电源去耦合电容。高频旁路电容要求安装在离集成电路的最近处。对于VCC1而言，电容应布置在离VCC1焊盘大约1mm处。电容与焊盘之间的距离会影响VCC1的阻抗，从而影响第1级的输出功率，为了使第1级有一个优化的输出功率，VCC1需要连接一个0.3~0.4nH大小的电感。在去耦电容和芯片每一个电源引脚端之间，大的印制板线路的长度会增大寄生回路电感，这个电感与VCC1和VCC2上的电容组合，可以形成一个LC回路，在一定频率范围内会使芯片工作不稳定。如果发生这样的情况，可以在1nF电容和地之间加一个小的电阻(1～10Ω)。

RFOUT端口必须通过一个上拉电感或者一根感性传输线接到VCC上，如果使用一根传输线，则VCC和地之间需要接一个高频旁路电容，由传输线构成的电感是输出匹配网络的一部分。

当RFIN/SHDN引脚端的直流电压为低电平时，芯片进入低功耗关断模式；当RFIN/SHDN引脚端为高电平时，芯片进入有效工作模式。RF信号输入端口内部匹配为50Ω。当功率放大器工作时，应确保RF输入端口有RF信号输入。如果没有RF信号输入，PA就像一个闭环控制系统，会自动进入高增益状态，放大和发射噪声。功率放大器的输出结构是一个集电极开路形式，需要一个外部的匹配阻抗和一个接到电源的上拉电感。建议的输出匹配网络形式如典型应用电路中所示。RFOUT引脚上的阻抗如表9.4.3所示。匹配网络用于阻抗变换，把6Ω的转换成50Ω，以获取规定的最大输出功率。匹配网络也构成了一个低通滤波器，可以滤除二次和三次谐波。感性50Ω的变压器(T2)与电容C7匹配。在RFOUT输出口和变压器之间需要一个5pF到10pF的隔直电容(C6)。RFOUT引脚端到VCC之间的上拉电感有三个用途：输出谐振，形成容性功率放大器输出，提供输出级的偏置；上拉电感作为一个高频扼流圈，可以减少耦合到VCC的RF信号。上拉电感通常为50Ω的变压器(T1)。功率放大器采用一个闭环功率控制系统，在输入功率、电源电压和温度变化时，可以提供一个稳定的输出功率。输出功率是由PC引脚端上的电压来控制的。MAX2244输出功率(POUT)与功率控制电压(VPC)的关系如表9.4.4所示。MAX2245输出功率(POUT)与功率控制电压(VPC)的关系如表9.4.5所示。MAX2246输出功率(POUT)与功率控制电压(VPC)的关系如表9.4.6所示。

9.5MRFIC2408蓝牙功率放大器

MRFIC2408是一个工作在2.4GHzISM频段的单片功率放大器，它可用来实现BluetoothTM功率1级操作。

MRFIC2408的电源电压为2.7～3.6V；静态工作电流为220mA，低功耗关闭模式电流为1μA；具有功率控制电路，功率控制范围超过20dB；输出功率为23dBm。

MRFIC2408采用QFN-12封装，引脚封装形式如图9.5.1所示。引脚功能如表9.5.1所示。MRFIC2408的内部结构如图9.5.2所示，芯片包含有偏置控制(bias)和2级功率放大器。图9.5.1MRFIC2408引脚封装形式图9.5.2MRFIC2408内部结构方框图

9.6PA2423MB蓝牙功率放大器

PA2423MB是为2.4GHz无线应用而设计的一个高效单片功率放大器，可以在蓝牙功率1级无线发射和2.4GHz无绳电话中应用。

PA2423MB的工作电源电压为2.7～3.3V；工作电源电流为150mA；射频输入功率为＋8dBm；功率增加效率(PAE)为45％(输出功率为22.5dBm时)；输出功率控制电压范围为0～VCC，输出功率为23.5dBm(PIN=2dBm，VCTL=3.3V时)。

PA2423MB可利用模拟控制输入改善PAE，利用数字输入控制电源导通和关断。图9.6.1PA2423MB引脚封装形式

PA2423MB采用MSOP-8封装，封装尺寸为3.0mm×3.0mm，引脚封装形式如图9.6.1所示，引脚功能如表9.6.1所示。

PA2423MB内部结构如图9.6.2所示，芯片内部包含有2级放大器(Stage1，Stage2)、级间匹配网络(InterstageMatch)、偏置发生器(BiasGenerator)和控制电路(Control

Circuitry)。

PA2423MB的应用电路和印制板图如图9.6.3所示，电路所用元器件的参数如表9.6.2所示。为了得到最大增益，PA2423MB的输入端口(RFIN)需一个电容和一个印制电感作为输入阻抗匹配网络，而输出匹配网络应具有直流电源供应、阻抗匹配、谐波滤除、交流耦合的功能，输出匹配网络由4个电容和1个印制电感实现。图9.6.2PA2423MB内部结构方框图图9.6.3PA2423MB应用电路和印制板图(a)电原理图；(b)印制板图

9.7RF2172蓝牙功率放大器

RF2172是蓝牙功率放大器，也可以在跳频、直接序列扩频无线电话、902～928MHzISM频带中应用。

RF2172工作电源电压为3.6V；工作电流为145mA；低功耗电流为10μA；空闲电流为65mA；其可用频率范围为500～2500MHz；输入阻抗为50Ω；输入VSWR(无输入匹配)为1.8∶1；输出负载阻抗为20－j4.5；采用模拟增益控制发射功率，增益控制电压为0～VCC，最大输出功率为24.5dBm，在天线端口，发射功率可达到100mW；总效率为45％。

RF2172采用先进的HBT工艺制造，器件采用密封的4mm×4mmQFN封装，引脚封装形式如图9.7.1所示，引脚功能如表9.7.1所示。图9.7.1RF2172引脚封装形式图9.7.2引脚端内部结构(a)APC引脚端；(b)RFIN/RFOUT引脚端

RF2172工作在2.45GHz的应用电路、元器件布局与印制板图(印制板尺寸为0.800″×0.924″，板厚为0.031″，材料为FR-4)如图9.7.3所示，PCB焊盘尺寸如图9.7.4所示，通孔尺寸为0.203～0.330mm。图9.7.3RF2172工作在2.45GHz的应用电路(a)电原理图;(b)元器件布局图;(c)印制板图1;(d)印制板图2图9.7.4RF2172的PCB焊盘尺寸(单位：mm)

9.8T7023蓝牙功率放大器

T7023是单片SiGe功率放大器。它是特别为如蓝牙、DECT、IEEE802.11FHSS广域网、家庭RF和ISM无线电应用而设计的。

T7023的工作电源电压为2.7～4.6V；工作电流为165mA，待机电流为10μA；工作频率范围为2.4～2.5GHz；RF输入功率为10dBm；具有斜坡电压控制功能，斜坡电压范围为0.1～1.83V；功率增益范围为－40～＋33dB；功率增加效率(PAE)为40％；使用单3V电源电压，输出功率为23dBm。

T7023采用HP-VFQFP-N16封装，引脚封装形式如图9.8.1所示，内部结构如图9.8.2所示，由3级放大器组成。引脚功能如表9.8.1所示。

T7023的应用电路电原理图和印制板电路图如图9.8.3所示。图9.8.1T7023的引脚封装形式图9.8.2T7023内部结构图图9.8.3T7023的应用电路电原理图和印制板图(a)电原理图;(b)印制板图

9.9T7024蓝牙前端电路

T7024是特别为蓝牙、WDCTR等系统设计的单片SiGe发射/接收前端电路，包含有功率放大器、低噪声放大器和T/R开关驱动器。

T7024采用的单电源电压为2.7～4.6V；发射电源电流为190mA(PSSO-20)/165mA(QFN-20)，接收电源电流为

8mA；具有节电待机模式，待机电流为10μA。

T7024LNA的RF输入功率为5dBm；功率增益为15～19dB；噪声系数为2.5dB(PSSO20)/2.1dB(QFN20)；IIP3为－16～－13dBm；输入、输出匹配为2∶1。T7024PA的RF输入功率为10dBm；采用