Ihr Leitfaden zur Auswahl von RF-Verstärkern

Erstellt: Oktober 30, 2020
Aktualisiert am: Juli 1, 2024

Es gibt viele RF-Protokolle, die Sie für drahtlose Kommunikation verwenden können, und die IC-Industrie hat große Anstrengungen unternommen, um Transceiver-ICs für gängige Protokolle zu produzieren. Je nachdem, welches Produkt Sie entwickeln möchten, benötigen Sie möglicherweise ein kompaktes SoC, Modul oder Transceiver-IC für Ihre speziellen Bedürfnisse. Nur die beliebtesten Protokolle erreichen dieses Niveau der Integration, aber nicht alle Produkte profitieren von einem integrierten Transceiver oder Modul.

Für drahtlose Kommunikation ist ein RF-Verstärker ein integraler Bestandteil des RF-Frontends und der Signalkette in Ihrem Produkt. Wenn Sie gerade erst als RF-Ingenieur anfangen und einen Verstärker auswählen müssen, werfen Sie einen Blick auf unseren RF-Verstärker Auswahlleitfaden. Wir werden die wichtigen Spezifikationen durchgehen, auf die Sie achten sollten, wie sie Ihr System beeinflussen und welche Optionen Sie auf dem Markt erwarten können.

RF-Verstärker in Ihrem RF-Frontend und Backend

Es gibt viele Komponenten, die in einem RF-Frontend erscheinen; dies bezieht sich im Allgemeinen auf die gesamte Schaltung, die zwischen der Empfänger-/Senderantenne und dem digitalen Prozessor liegt. Das RF-Frontend in einem drahtlosen Produkt kann als eine Reihe von diskreten Komponenten, eine Reihe von ICs, ein hochintegriertes Modul/SoC oder alles dazwischen erscheinen. RF-Verstärker erscheinen auf der Rx- und Tx-Seite eines RF-Systems.

Für einen Hochleistungssender wird auf der Tx-Seite ein Leistungs-RF-Verstärker verwendet, während die Rx-Seite einen RF-LNA verwendet, der möglicherweise in den Empfänger integriert ist. Mit der Bandbreite an elektronischen Komponenten und ICs auf dem Markt sind Ihre Optionen praktisch endlos. Die Signalkette für ein RF-Frontend enthält die unten gezeigten Stufen:

Viele Transceiver-ICs oder vollständig integrierte Frontends werden diesen Typ eines Blockdiagramms haben. Auf der Rx-Seite muss der RF-LNA das Signalniveau auf ein geeignetes Niveau für die Demodulation bringen und läuft normalerweise weit unter Sättigung. Inzwischen wird der RF-Leistungsverstärker auf der Tx-Seite normalerweise sehr nahe an der Sättigung betrieben, um die Leistungsabgabe im gewünschten Frequenzbereich zu maximieren. RF-Mischer sind eine gängige Komponente in den Umwandlungs- und Modulator/Demodulator-Stufen in einem RF-Frontend.

Schließlich wird ein Antennenschalter verwendet, um zwischen den Rx- und Tx-Beinen der Signalkette zu wechseln. In Systemen mit MIMO werden mehrere Antennenschalter verwendet, um Signale zu verschiedenen Verstärkerstufen auf Tx- (Rx-) Leitungen zu senden, und die Modulation (Demodulation) wird stromaufwärts (stromabwärts) von den Schaltstufen durchgeführt.

Wichtige Spezifikationen von RF-Verstärkern

Es gibt viele Spezifikationen von RF-Verstärkern, auf die Sie achten sollten, da diese die Qualität des empfangenen/demodulierten Signals beeinflussen werden. In diesem RF-Verstärker Auswahlleitfaden möchte ich mich auf die drei wichtigsten Spezifikationen konzentrieren, die für jedes RF-System, das über einen breiten Frequenzbereich arbeitet, erforderlich sind. Diese sollten den Ausgangspunkt für die Auswahl eines RF-Verstärkers bilden.

Bandbreite und Verstärkung

Dies sind wahrscheinlich die wichtigsten Spezifikationen, die Sie berücksichtigen müssen, wenn Sie einen RF-Verstärker auswählen. RF-Verstärker werden normalerweise in Bezug auf ihren Gewinn bei einer bestimmten Frequenz oder ihre Bandbreite beworben. Diese Begriffe können als ein Gewinn-Bandbreite-Produkt mit einer Grenzfrequenz zusammengefasst werden. Selbst wenn die Bandbreite viel größer als der gewünschte Frequenzbereich ist, können Sie immer noch Rauschen im System abschneiden und die Bandbreite mit einem Bandpassfilter begrenzen.

3IP-Punkt und 1 dB-Kompressionspunkt

Der 3. Ordnungs-Intercept-Punkt (OIP3) gilt für jedes frequenzmodulierte Signal und steht in Beziehung zum 1 dB-Kompressionspunkt. Diese Spezifikation wird bei Leistungsverstärkern auf der Tx-Seite wichtig, da diese Verstärker normalerweise sehr nahe an der Sättigung betrieben werden. Die nichtlineare Natur des Verstärkers wird Intermodulationsprodukte erzeugen, wobei die Produkte 3. Ordnung die wichtigsten sind. Bei einer bestimmten Eingangsleistung im Sättigungsbereich würden die Produkte 3. Ordnung die gleiche Intensität wie die gewünschten Seitenbänder extrapolieren.

Wenn Sie sich ein Datenblatt ansehen, achten Sie auf die Leistungsabgabe am 1 dB-Kompressionspunkt und nicht am OIP3-Punkt, da dies effektiv die maximale Leistung ist, die Sie aus dem Verstärker mit minimaler Verzerrung erhalten können. Der 3IP-Punkt ist dennoch wichtig, da verschiedene Standards Grenzen für die zulässige Intensität von Intermodulationsprodukten festlegen. Der 1 dB-Kompressionspunkt liegt tendenziell etwa 10 dB unter dem 3IP-Punkt.

Rauschzahl

Rauschen ist in jedem elektronischen System unvermeidlich, einschließlich RF-Signalketten. Die Rauschzahl in einem RF-Verstärker sagt Ihnen im Grunde, wie das Eingangsrauschen aufgrund der Verstärkung im Verstärker verstärkt wird. Es wird eine gewisse Abnahme des Signal-Rausch-Verhältnisses zwischen Eingang und Ausgang geben, die unvermeidlich sein wird. Dies wird auch eine Funktion der Bandbreite im System sein, was ein Grund ist, die Bandbreite mit einem Hochpass-Bandpassfilter zu begrenzen.

Beachten Sie, dass auf der Rx-Seite der LNA nicht unbedingt ein anderer Typ von RF-Verstärker ist. Es ist einfach ein Verstärker, der dazu neigt, eine niedrigere Rauschzahl als andere Verstärker mit vergleichbaren Spezifikationen zu bieten. Wenn Sie für die Rx-Seite mit einem Verstärker-ICs entwerfen, achten Sie auf die Rauschzahl, um sicherzustellen, dass Sie ein sauberes demoduliertes Signal erfassen.

Verstärkungsflachheit

Dies unterscheidet sich eher von Gewinn und Bandbreite allein, obwohl immer noch verwandt. Wenn Sie etwas wie ein Dual-Band-System oder ein System entwerfen, das über einen Bereich von Frequenzen fegen muss, möchten Sie sicherstellen, dass die Verstärkungskurve im gesamten gewünschten Bandbreitenbereich relativ flach ist. Mit anderen Worten, der Gewinn eines Verstärkers ist eine Funktion der Frequenz, daher ist auch die Rauschzahl eine Funktion der Frequenz. Die Verstärkungsflachheit kann als +/- Varianz oder in dB (verglichen mit dem durchschnittlichen Gewinn) angegeben werden.

Weitere wichtige Spezifikationen und Komponenten

Andere wichtige Spezifikationen umfassen Gehäuse/Fußabdruck, Betriebstemperatur, ESD-Schutz, Phasengleichmäßigkeit und Linearität (für LNAs) im gewünschten Bandbreitenbereich. Das Letztere kann frequenzabhängig sein, insbesondere bei Breitband-RF-Verstärkern. Einige andere wichtige Komponenten, die Sie benötigen, sind:

Um mehr über einige andere Spezifikationen zu erfahren, die für Allzweckverstärker relevant sind, schauen Sie sich diesen Artikel im Octopart-Blog an.

Die in diesem Auswahlleitfaden für RF-Verstärker gezeigten Spezifikationen können für verschiedene Komponenten, die Sie auf dem Markt finden, stark variieren. Wenn Sie neue Komponenten für Ihr nächstes Produkt suchen müssen, versuchen Sie, die erweiterten Such- und Filterfunktionen in Octopart zu verwenden. Wenn Sie Octopart nutzen, haben Sie eine Komplettlösung für Beschaffung und Lieferkettenmanagement. Schauen Sie sich unsere Seite mit integrierten RF-Halbleitern an, um mit der Suche nach den benötigten Komponenten zu beginnen.

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