Ваше руководство по выбору РЧ усилителей

Существует множество радиочастотных протоколов, которые можно использовать для беспроводной связи, и индустрия интегральных схем приложила много усилий для производства трансиверных ИС для общепринятых протоколов. В зависимости от продукта, который вы хотите разработать, компактное SoC, модуль или трансиверная ИС для ваших конкретных потребностей. Только самые популярные протоколы получают такой уровень интеграции, но не все продукты выиграют от интегрированного трансивера или модуля.

Для беспроводной связи радиочастотный усилитель является неотъемлемой частью радиочастотного переднего каскада и цепи сигнала в вашем продукте. Если вы только начинаете работать в качестве инженера-радиочастотника и вам нужно выбрать усилитель, обратите внимание на наше руководство по выбору радиочастотных усилителей. Мы рассмотрим важные характеристики, на которые следует обращать внимание, как они влияют на вашу систему и какие варианты вы можете ожидать найти на рынке.

Радиочастотные усилители в вашем переднем и заднем каскаде RF

Существует множество компонентов, которые появляются в переднем каскаде RF; это обычно относится ко всей схемотехнике, которая находится между антенной приемника/передатчика и цифровым процессором. Передний каскад в беспроводном продукте может представлять собой набор дискретных компонентов, набор ИС, высокоинтегрированный модуль/SoC или что-то среднее. Радиочастотные усилители появляются как на приемной, так и на передающей стороне радиосистемы.

Для мощного передатчика на передающей стороне используется мощный радиочастотный усилитель, в то время как на приемной стороне используется радиочастотный УНЧ, который может быть интегрирован в приемник. С учетом ассортимента электронных компонентов и ИС на рынке, ваши варианты практически безграничны. Цепь сигнала переднего каскада RF содержит показанные ниже стадии:

Многие трансиверные ИС или полностью интегрированные передние каскады будут иметь такую блок-схему. На приемной стороне РЧ УНЧ необходимо поднять уровень сигнала до подходящего уровня для демодуляции и обычно работает значительно ниже насыщения. В то же время, мощный радиочастотный усилитель на передающей стороне обычно работает очень близко к насыщению, чтобы попытаться максимизировать выходную мощность в желаемом диапазоне частот. Радиочастотные смесители являются общим компонентом на стадиях преобразования и модулятора/демодулятора в переднем каскаде RF.

Наконец, переключатель антенн используется для переключения между приемной и передающей ветвями цепи сигнала. В системах с MIMO используются несколько переключателей антенн для отправки сигналов на разные стадии усиления на передающих (приемных) линиях, а модуляция (демодуляция) будет выполняться вверх по течению (вниз по течению) от стадий переключения.

Важные характеристики радиочастотных усилителей

Существует множество характеристик радиочастотных усилителей, на которые следует обращать внимание, поскольку они будут влиять на качество принятого/демодулированного сигнала. В этом руководстве по выбору радиочастотных усилителей я хочу сосредоточиться на трех наиболее важных характеристиках, необходимых для любой радиосистемы, работающей в широком диапазоне частот. Эти характеристики должны стать отправной точкой для выбора радиочастотного усилителя.

Полоса пропускания и усиление

Это, вероятно, самые важные характеристики, которые вам нужно будет учитывать при выборе усилителя РЧ. Усилители РЧ обычно рекламируются с точки зрения их усиления на определенной частоте или их полосы пропускания. Эти термины можно обобщить как произведение усиления на полосу пропускания с частотой среза. Даже если полоса пропускания намного больше желаемого диапазона частот, вы все равно можете устранить шум в системе и ограничить полосу пропускания с помощью полосового фильтра.

Точка 3IP и точка 1 дБ сжатия

Точка перехвата третьего порядка (OIP3) применима к любому частотно-модулированному сигналу и связана с точкой 1 дБ сжатия. Эта характеристика становится важной в усилителях мощности на стороне передачи (Tx), поскольку эти усилители обычно работают очень близко к насыщению. Нелинейная природа усилителя будет создавать продукты интермодуляции, причем продукты третьего порядка являются наиболее важными. При некоторой мощности входного сигнала в режиме насыщения продукты третьего порядка могли бы экстраполироваться до той же интенсивности, что и желаемые боковые полосы.

При просмотре технического описания обращайте внимание на мощность на выходе в точке 1 дБ сжатия, а не на точку OIP3, поскольку это фактически максимальная мощность, которую вы можете получить от усилителя с минимальными искажениями. Точка 3IP все еще важна, поскольку разные стандарты устанавливают ограничения на допустимую интенсивность продуктов интермодуляции. Точка 1 дБ сжатия обычно лежит примерно на 10 дБ ниже точки 3IP.

Коэффициент шума

Шум неизбежен в любой электронной системе, включая цепи РЧ сигналов. Коэффициент шума в усилителе РЧ фактически говорит вам о том, как входной шум усиливается из-за усиления в усилителе. Будет некоторое уменьшение отношения сигнал/шум между входом и выходом, которое будет неизбежным. Это также будет некоторой функцией полосы пропускания в системе, что является одной из причин ограничения полосы пропускания с помощью фильтра полосового пропускания высшего порядка.

Обратите внимание, что на стороне приема (Rx) LNA не обязательно является другим типом усилителя РЧ. Это просто усилитель, который, как правило, обеспечивает более низкий коэффициент шума, чем другие усилители с сопоставимыми характеристиками. Если вы разрабатываете для стороны приема с интегральными схемами усилителей, обращайте внимание на коэффициент шума, чтобы обеспечить прием чистого демодулированного сигнала.

Плоскость усиления

Это довольно отличается от усиления и полосы пропускания в одиночку, хотя все еще связано. Если вы разрабатываете что-то вроде двухдиапазонной системы или системы, которая должна сканировать диапазон частот, вы хотите убедиться, что кривая усиления относительно плоская на протяжении желаемой полосы пропускания. Другими словами, усиление усилителя является функцией частоты, таким образом, коэффициент шума также является функцией частоты. Плоскость усиления может быть указана как +/- отклонение или в дБ (по сравнению со средним усилением).

Другие важные характеристики и компоненты

Другие важные характеристики включают тип корпуса/размер площадки, рабочую температуру, защиту от ЭСР, плоскостность фазы и линейность (для УНЧ) в желаемой полосе пропускания. Последняя из них может зависеть от частоты, особенно в широкополосных РЧ усилителях. Некоторые другие важные компоненты, которые вам понадобятся, включают:

• Аналого-цифровые преобразователи

• РЧ антенны

• Пассивные элементы для согласующих цепей

Чтобы узнать больше о некоторых других характеристиках, которые актуальны для усилителей общего назначения, ознакомьтесь с этой статьей на блоге Octopart.

Характеристики, представленные в этом руководстве по выбору РЧ усилителей, могут сильно различаться для разных компонентов, которые вы найдете на рынке. Когда вам нужно найти новые компоненты для вашего следующего продукта, попробуйте использовать расширенный поиск и функции фильтрации на Octopart. Используя Octopart, вы получите полное решение для поиска компонентов и управления цепочкой поставок. Ознакомьтесь с нашей страницей интегрированных РЧ полупроводников, чтобы начать поиск необходимых вам компонентов.

Оставайтесь в курсе наших последних статей, подписавшись на нашу рассылку.