介紹MAX2644和MAX2242在WLAN應(yīng)用中用于FHSS無線電的PA和PA驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)權(quán)衡和測(cè)量性能。修改了偏置和RF布局及匹配，以提高2450MHz的性能。 +23dBm輸出功率在-12dBm輸入功率下實(shí)現(xiàn)。施加 185V 時(shí)，電源電流為 3mA。

有許多商用收發(fā)器針對(duì) 2.4GHz FHSS（跳頻擴(kuò)頻）應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，例如藍(lán)牙、HomeRF 和 DECT（數(shù)字歐洲無繩電話）。這些IC中的大多數(shù)發(fā)射功率有限，因此僅限于在非常短的距離內(nèi)傳輸。許多尋求將其產(chǎn)品與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手區(qū)分開來的PC卡制造商正在增加外部PA（功率放大器）以擴(kuò)展其產(chǎn)品的傳輸范圍。藍(lán)牙和HomeRF允許天線的最大輸出功率為+20dBm（100mW），而2.4GHz DECT可以傳輸高達(dá)+24dBm（250mW）的輸出功率。這些應(yīng)用的PA通常需要提供+23dBm至+27dBm的功率，以克服RF開關(guān)和雙工器中預(yù)期的3dB損耗，這些開關(guān)和雙工器將PA和天線分開（見圖1）。為了延長電池壽命，藍(lán)牙和 DECT 采用 GFSK（高斯頻移鍵控）調(diào)制，HomeRF 使用兩電平和四電平 FSK，允許使用飽和 PA，這比線性功率放大器更節(jié)能。

圖1.一款 2.4GHz FHSS WLAN 收發(fā)器，用于藍(lán)牙、HomeRF 和 DECT。

本應(yīng)用筆記演示了MAX2242 2.4GHz PA在CSP（芯片級(jí)封裝）配置（1.5mm x 2.0mm）中的性能，集成功率檢測(cè)器和0.5μA電源電流關(guān)斷功能（見圖2）。此外，還采用了MAX2644，這是一種2.4GHz LNA，用作PA預(yù)驅(qū)動(dòng)器。MAX2242 PA最初用于2.4GHz IEEE802.11b DSSS（直接序列擴(kuò)頻）應(yīng)用。對(duì)于DSSS應(yīng)用，PA提供+22.5dBm的線性輸出功率，在33.3V電源下具有-3dBc ACPR性能，電源電流消耗為310mA。該應(yīng)用的飽和輸出功率為+26.5dBm，與2.4GHz DECT一樣完美。MAX2242使用外部電阻設(shè)置器件的偏置電流，基本上允許針對(duì)特定應(yīng)用定制器件的性能。PA的設(shè)計(jì)目標(biāo)是+23dBm飽和輸出功率，預(yù)計(jì)PA和天線之間的損耗約為3dB，以在天線上提供所需的+20dBm。由于許多可用的FHSS收發(fā)器IC僅提供-7dBm至-13dBm的輸出功率，因此需要一個(gè)PA預(yù)驅(qū)動(dòng)器來提供必要的輸入功率，以驅(qū)動(dòng)PA進(jìn)入飽和狀態(tài)。MAX2644具有17dB的小信號(hào)增益和+1dBm的輸出P4dB壓縮點(diǎn)，是理想的選擇。

圖2.MAX2242典型應(yīng)用電路

對(duì)現(xiàn)有的MAX2242評(píng)估板進(jìn)行了性能和電路更改?，F(xiàn)有電路只需很少的改動(dòng)即可達(dá)到所需的性能。外部偏置電阻改為91kΩ。并聯(lián)輸出電容C2從1.8pF改為2.2pF，距離器件輸出稍遠(yuǎn)（評(píng)估板布局為5.5個(gè)陷波，輸出上拉電感為230mil）。級(jí)間RF旁路電容C8移入（在C7和C8的焊盤之間，從焊盤A70移出2mils），C10移出（從焊盤A135移出4mils）。移動(dòng)這些電容有助于改善級(jí)間增益，為了提高線性操作下器件的ACPR性能，該增益已被取消。元件位置參見圖3，電路板布局幫助請(qǐng)參考MAX2242評(píng)估板數(shù)據(jù)資料。

圖3.MAX2242 +23dBm元件貼裝導(dǎo)軌

MAX2242調(diào)諧為+23dBm飽和輸出功率，電源電流消耗為175mA （37%功率附加效率，或PAE），室溫下為3.0V電源電壓（T一個(gè)= +25°C）。測(cè)量輸出功率、電源電流、增益和PAE與輸入功率、電源電壓和頻率的關(guān)系（見圖4至圖7）。PA的一個(gè)有趣特性是，當(dāng)RF功率被移除時(shí)，電源電流消耗降至29mA，而競(jìng)爭(zhēng)PA的偏置電流仍然超過150mA（見圖8）。還評(píng)估了PA的諧波含量，最壞情況下的雜散比載波低35dB。

圖4.MAX2242 PA的輸出功率和電源電流與輸入功率的關(guān)系

圖5.MAX2242 PA的增益與輸入功率的關(guān)系

圖6.MAX2242 PA的功率附加效率（PAE）與輸入功率的關(guān)系

圖7.MAX2242 PA的輸出功率與頻率的關(guān)系

圖8.MAX2242 PA的電源電流，不施加RF電源。

MAX2644 2.4GHz LNA因其+4dBm輸出P1dB壓縮點(diǎn)、17dB小信號(hào)增益、8mA低電流消耗和集成輸出匹配網(wǎng)絡(luò)而被選為PA前置驅(qū)動(dòng)器。MAX2644評(píng)估板無需修改，現(xiàn)成使用。對(duì)于本應(yīng)用，測(cè)量MAX2644的輸出功率和電源電流與輸入電源和電源電壓的關(guān)系（參見圖9和圖10）。當(dāng)輸入功率為-13dBm至-7dBm時(shí)，MAX2644采用3V電源提供6dBm至2dBm的輸出功率，頻率為45.3GHz。

圖9.MAX2644 PA的前置驅(qū)動(dòng)器輸出功率與輸入功率的關(guān)系

圖 10.MAX2644的電源電流與輸入功率的關(guān)系

然后根據(jù)發(fā)送器IC的輸出功率范圍測(cè)量MAX2644和MAX2242的級(jí)聯(lián)性能。該系列為-23dBm至-12dBm的輸入功率提供+5dBm的輸出，在-22dBm時(shí)降至+9.13dBm，這是最壞情況下的預(yù)期輸入功率（見圖11）。采用185V電源時(shí)，電源電流消耗約為3mA（見圖12）。輸出功率與頻率的關(guān)系在23.3GHz時(shí)的+2.40dBm至22.8GHz時(shí)的+2.48dBm之間保持相當(dāng)恒定（見圖13）。

圖 11.MAX2644和MAX2242級(jí)聯(lián)性能。

圖 12.MAX2644和MAX2242總電源電流與輸入功率的關(guān)系

圖 13.MAX2644和MAX2242的輸出功率與頻率的關(guān)系。

測(cè)得的性能表明，MAX2644和MAX2242是任何需要最小電路板空間的低成本、低電流FHSS無線電設(shè)計(jì)的PA和PA驅(qū)動(dòng)器級(jí)的絕佳選擇。選擇MAX2644作為接收路徑LNA，增益為17dB，2.0GHz時(shí)噪聲系數(shù)為2.45dB，并集成輸出匹配，可進(jìn)一步降低成本并改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。

審核編輯：郭婷