RFアンプ選択ガイド

投稿日十月 30, 2020
更新日七月 1, 2024

無線通信に使用できるRFプロトコルは多数あり、IC業界は一般的なプロトコル用のトランシーバICを生産するために多大な努力をしています。開発したい製品に応じて、特定のニーズに合わせたコンパクトなSoC、モジュール、またはトランシーバICが必要になります。最も人気のあるプロトコルのみがこのレベルの統合を見ることができますが、すべての製品が統合トランシーバやモジュールから恩恵を受けるわけではありません。

無線通信において、RFアンプは製品のRFフロントエンドおよびシグナルチェーンに不可欠な部分です。RFエンジニアとしてこれから始める場合、アンプを選択する必要がある場合は、私たちのRFアンプ選択ガイドをご覧ください。重要な仕様に注目し、それらがシステムにどのように影響するか、市場で見つけることができるオプションについて説明します。

RFフロントエンドおよびバックエンドのRFアンプ

RFフロントエンドには多くのコンポーネントが登場します。これは一般的に、受信機/送信機のアンテナとデジタルプロセッサの間に現れるすべての回路を指します。無線製品のRFフロントエンドは、一連の個別コンポーネント、ICのセット、高度に統合されたモジュール/SoC、またはその間の何かとして現れることがあります。RFアンプは、RFシステムのRxおよびTx側に現れます。

高出力トランスミッターの場合、Tx側にはパワーRFアンプが使用され、Rx側には受信機に統合される可能性のあるRF LNAが使用されます。市場に出回っている電子部品やICの範囲は実質的に無限であり、選択肢は非常に多岐にわたります。RFフロントエンドのシグナルチェーンには、以下に示すステージが含まれます：

多くのトランシーバICや完全に統合されたフロントエンドには、このタイプのブロック図があります。Rx側では、RF LNAは信号レベルを適切なレベルに引き上げる必要があり、通常は飽和点以下で動作します。一方、Tx側のRFパワーアンプは、望ましい周波数範囲での出力を最大化しようとして、通常は飽和点に非常に近いところで動作します。RFミキサーは、RFフロントエンドの変換および変調/復調ステージで一般的なコンポーネントです。

最後に、アンテナスイッチは、シグナルチェーンのRxおよびTxの脚を切り替えるために使用されます。MIMOを備えたシステムでは、複数のアンテナスイッチがTx（Rx）ラインの異なるアンプステージに信号を送信するために使用され、変調（復調）はスイッチングステージの上流（下流）で実行されます。

重要なRFアンプ仕様

受信/復調信号の品質に影響を与えるRFアンプの仕様は多数あります。このRFアンプ選択ガイドでは、広い周波数範囲で動作する任意のRFシステムに必要な3つの最も重要な仕様に焦点を当てたいと思います。これらはRFアンプを選択するための出発点となるべきです。

帯域幅と利得

これらは、RFアンプを選択する際に考慮する必要がある最も重要な仕様のいくつかです。RFアンプは通常、特定の周波数でのゲインや帯域幅の観点から宣伝されます。これらの用語は、カットオフ周波数を持つゲイン帯域幅積として要約することができます。帯域幅が望ましい周波数範囲よりもはるかに大きい場合でも、バンドパスフィルターでノイズをカットオフし、帯域幅を制限することができます。

3次相互変調点と1 dB圧縮点

3次相互変調点（OIP3）は、任意の周波数変調信号に適用され、1 dB圧縮点と関連しています。この仕様は、これらのアンプが通常飽和近くで動作する送信側のパワーアンプにおいて重要になります。アンプの非線形性質は、3次製品が最も重要な相互変調製品を生み出します。飽和領域のある入力パワーでは、3次製品は望ましい側帯波と同じ強度に外挿されるでしょう。

データシートを見るときは、OIP3点よりも1 dB圧縮点での出力パワーに注意を払ってください。これは、最小限の歪みでアンプから得られる最大パワーを効果的に示しています。3IP点は、異なる基準が相互変調製品の許容強度に制限を設けているため、依然として重要です。1 dB圧縮点は通常、3IP点よりも約10 dB低い位置にあります。

ノイズ指数

ノイズは、RF信号チェーンを含むあらゆる電子システムで避けられないものです。RFアンプのノイズ指数は、アンプのゲインによって入力ノイズがどの程度増幅されるかを基本的に教えてくれます。入力と出力の間で信号対ノイズ比がいくらか低下し、これは避けられません。これはまた、システムの帯域幅の機能でもあり、これが高次バンドパスフィルターで帯域幅を制限する理由の1つです。

受信側では、LNAがRFアンプの別のタイプではないことに注意してください。これは単に、比較可能な仕様を持つ他のアンプよりも低いノイズ指数を提供する傾向があるアンプです。アンプICを使用して受信側の設計を行う場合は、クリーンな復調信号をキャプチャするためにノイズ指数に注意を払ってください。

ゲイン平坦性

これは、単独のゲインや帯域幅とは異なりますが、それでも関連しています。デュアルバンドシステムや一連の周波数を横断してスイープする必要があるシステムを設計している場合、希望する帯域幅全体でゲイン曲線が比較的フラットであることを確認したいでしょう。言い換えれば、アンプのゲインは周波数の関数であり、ノイズ指数も周波数の関数です。ゲイン平坦性は、+/-のばらつきまたはdB（平均ゲインと比較して）として指定される場合があります。

その他の重要な仕様とコンポーネント

その他の重要な仕様には、パッケージ/フットプリント、動作温度、ESD保護、位相平坦性、および希望する帯域での線形性（LNAsの場合）が含まれます。これらの最後のものは、特に広帯域RFアンプでは周波数依存性があります。必要となるその他の重要なコンポーネントには以下が含まれます：

汎用アンプに関連するその他の仕様についてもっと学ぶには、Octopartブログのこの記事をご覧ください。

このRFアンプ選択ガイドに示されている仕様は、市場で見つかる異なるコンポーネントによって大きく異なる場合があります。次の製品のために新しいコンポーネントを探す必要がある場合は、Octopartの高度な検索およびフィルタリング機能を試してみてください。Octopartを使用すると、調達およびサプライチェーン管理のための完全なソリューションを手に入れることができます。統合RF半導体ページをご覧になり、必要なコンポーネントを検索してください。

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