Hướng dẫn Lựa chọn Bộ Khuếch Đại RF

Created: Tháng Mười 30, 2020
Updated: Tháng Bảy 1, 2024

Có nhiều giao thức RF bạn có thể sử dụng cho việc giao tiếp không dây, và ngành công nghiệp IC đã rất cố gắng để sản xuất các IC thu phát cho các giao thức phổ biến. Tùy thuộc vào sản phẩm bạn muốn phát triển, một SoC nhỏ gọn, mô-đun, hoặc IC thu phát cho nhu cầu cụ thể của bạn. Chỉ những giao thức phổ biến nhất mới được tích hợp ở mức độ này, nhưng không phải tất cả sản phẩm đều được hưởng lợi từ một bộ thu phát hoặc mô-đun tích hợp.

Đối với giao tiếp không dây, một bộ khuếch đại RF là một phần không thể thiếu của RF front end và chuỗi tín hiệu trong sản phẩm của bạn. Nếu bạn mới bắt đầu làm kỹ sư RF và bạn cần chọn một bộ khuếch đại, hãy xem hướng dẫn chọn bộ khuếch đại RF của chúng tôi. Chúng tôi sẽ đi qua các thông số quan trọng bạn nên chú ý, cách chúng ảnh hưởng đến hệ thống của bạn, và những lựa chọn bạn có thể mong đợi tìm thấy trên thị trường.

Bộ Khuếch Đại RF trong RF Front End và Back End của Bạn

Có nhiều thành phần xuất hiện trong một RF front end; điều này thường đề cập đến tất cả các mạch điện xuất hiện giữa ăng-ten thu/phát và bộ xử lý số. RF front end trong một sản phẩm không dây có thể xuất hiện dưới dạng một tập hợp các thành phần rời rạc, một tập hợp các IC, một mô-đun/SoC tích hợp cao, hoặc bất cứ thứ gì ở giữa. Bộ khuếch đại RF xuất hiện ở cả hai phía Rx và Tx của hệ thống RF.

Đối với một bộ phát công suất cao, một bộ khuếch đại RF công suất được sử dụng ở phía Tx, trong khi phía Rx sử dụng một RF LNA có thể được tích hợp vào bộ thu. Với phạm vi các thành phần điện tử và IC trên thị trường, lựa chọn của bạn gần như là vô tận. Chuỗi tín hiệu cho một RF front end chứa các giai đoạn được hiển thị dưới đây:

Nhiều IC thu phát hoặc front-end tích hợp đầy đủ sẽ có loại sơ đồ khối này. Ở phía Rx, RF LNA cần nâng mức tín hiệu lên một mức phù hợp cho việc giải điều chế và thường hoạt động dưới mức bão hòa. Trong khi đó, bộ khuếch đại RF công suất ở phía Tx thường được chạy rất gần với mức bão hòa để cố gắng tối đa hóa công suất đầu ra trong phạm vi tần số mong muốn. Bộ trộn RF là một thành phần phổ biến trong các giai đoạn chuyển đổi và modulator/demodulator trong một RF front end.

Cuối cùng, một công tắc ăng-ten được sử dụng để chuyển đổi giữa các chân Rx và Tx của chuỗi tín hiệu. Trong các hệ thống với MIMO, nhiều công tắc ăng-ten được sử dụng để gửi tín hiệu đến các giai đoạn khuếch đại khác nhau trên các đường Tx (Rx), và modul hóa (giải modul hóa) sẽ được thực hiện ở phía thượng lưu (hạ lưu) từ các giai đoạn chuyển mạch.

Thông Số Quan Trọng của Bộ Khuếch Đại RF

Có nhiều thông số bộ khuếch đại RF cần chú ý vì chúng sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của tín hiệu nhận/giải điều chế. Trong hướng dẫn chọn bộ khuếch đại RF này, tôi muốn tập trung vào ba thông số quan trọng nhất cần thiết cho bất kỳ hệ thống RF nào hoạt động trên một phạm vi tần số rộng. Những thông số này nên là điểm xuất phát để chọn một bộ khuếch đại RF.

Dải tần và Lợi ích

Đây có lẽ là những thông số quan trọng nhất bạn cần xem xét khi chọn một bộ khuếch đại RF. Bộ khuếch đại RF thường được quảng cáo dựa trên lợi ích của chúng ở một tần số cụ thể, hoặc dải tần của chúng. Những thuật ngữ này có thể được tóm tắt là sản phẩm lợi ích-dải tần với một tần số cắt. Ngay cả khi dải tần lớn hơn nhiều so với phạm vi tần số mong muốn, bạn vẫn có thể cắt bỏ tiếng ồn trong hệ thống và giới hạn dải tần với một bộ lọc thông qua dải tần.

Điểm 3IP và Điểm Nén 1 dB

Điểm chặn bậc ba (OIP3) áp dụng cho bất kỳ tín hiệu điều chế tần số nào và liên quan đến điểm nén 1 dB. Thông số này trở nên quan trọng trong bộ khuếch đại công suất ở phía Tx vì những bộ khuếch đại này thường hoạt động rất gần với trạng thái bão hòa. Bản chất phi tuyến của bộ khuếch đại sẽ tạo ra các sản phẩm điều chế, với các sản phẩm bậc ba là quan trọng nhất. Ở một số công suất đầu vào trong vùng bão hòa, các sản phẩm bậc ba sẽ được ngoại suy với cùng cường độ như các băng tần mong muốn.

Khi xem một bảng dữ liệu, hãy chú ý đến công suất đầu ra tại điểm nén 1 dB hơn là điểm OIP3 vì đây thực sự là công suất tối đa bạn có thể nhận được từ bộ khuếch đại với sự méo tiếng tối thiểu. Điểm 3IP vẫn quan trọng vì các tiêu chuẩn khác nhau đặt giới hạn về cường độ cho phép của các sản phẩm điều chế. Điểm nén 1 dB thường nằm khoảng 10 dB dưới điểm 3IP.

Chỉ số Nhiễu

Nhiễu là điều không thể tránh khỏi trong bất kỳ hệ thống điện tử nào, bao gồm cả chuỗi tín hiệu RF. Chỉ số nhiễu trong một bộ khuếch đại RF cơ bản cho bạn biết nhiễu đầu vào được khuếch đại như thế nào do lợi ích trong bộ khuếch đại. Sẽ có một sự giảm tỷ lệ tín hiệu-so với-nhiễu giữa đầu vào và đầu ra, điều này sẽ không thể tránh khỏi. Điều này cũng sẽ là một chức năng của dải tần trong hệ thống, đó là một lý do để giới hạn dải tần với một bộ lọc thông qua dải tần cấp cao hơn.

Lưu ý rằng, ở phía Rx, LNA không nhất thiết là một loại bộ khuếch đại RF khác. Nó đơn giản chỉ là một bộ khuếch đại có xu hướng cung cấp chỉ số nhiễu thấp hơn so với các bộ khuếch đại khác với thông số kỹ thuật tương đương. Nếu bạn đang thiết kế cho phía Rx với một IC khuếch đại, hãy chú ý đến chỉ số nhiễu để đảm bảo bạn thu được một tín hiệu demodulated sạch sẽ.

Độ Phẳng Lợi Ích

Điều này khá khác biệt so với lợi ích và dải tần đơn thuần, mặc dù vẫn liên quan. Nếu bạn đang thiết kế một thứ gì đó như một hệ thống băng tần kép hoặc một hệ thống cần quét qua một loạt các tần số, bạn muốn đảm bảo đường cong lợi ích tương đối phẳng trong suốt dải tần mong muốn. Nói cách khác, lợi ích của bộ khuếch đại là một chức năng của tần số, do đó chỉ số nhiễu cũng là một chức năng của tần số. Độ phẳng lợi ích có thể được chỉ định như một biến thể +/- hoặc bằng dB (so với lợi ích trung bình).

Các Thông Số và Linh Kiện Quan Trọng Khác

Các thông số quan trọng khác bao gồm gói/bản mẫu, nhiệt độ hoạt động, bảo vệ ESD, độ phẳng pha, và tính tuyến tính (đối với LNAs) trong băng thông mong muốn. Thông số cuối cùng này có thể phụ thuộc vào tần số, đặc biệt trong các bộ khuếch đại RF băng rộng. Một số thành phần quan trọng khác bạn sẽ cần bao gồm:

Để tìm hiểu thêm về một số thông số khác có liên quan đến bộ khuếch đại đa năng, hãy xem bài viết này trên blog Octopart.

Các thông số được hiển thị trong hướng dẫn chọn bộ khuếch đại RF này có thể thay đổi rộng rãi cho các thành phần khác nhau bạn sẽ tìm thấy trên thị trường. Khi bạn cần tìm các thành phần mới cho sản phẩm tiếp theo của mình, hãy thử sử dụng các tính năng tìm kiếm và lọc nâng cao trong Octopart. Khi bạn sử dụng Octopart, bạn sẽ có một giải pháp hoàn chỉnh cho việc tìm nguồn cung và quản lý chuỗi cung ứng. Hãy xem trang bán dẫn RF tích hợp của chúng tôi để bắt đầu tìm kiếm các thành phần bạn cần.

Hãy cập nhật với các bài viết mới nhất của chúng tôi bằng cách đăng ký nhận bản tin của chúng tôi.