藍(lán)牙功率放大器: 系統(tǒng)性能回顧 |
摘要:MAX2240功率放大器(PA)的特性適合于藍(lán)牙工作。文中給出了如下領(lǐng)域的性能:發(fā)射輸出頻譜、1dB壓縮點(diǎn)、S參數(shù)、噪聲系數(shù)、諧波輸出含量、增益與電源電流。藍(lán)牙在2.402GHz與2.48GHz之間使用GFSK調(diào)制。PA的輸出功率是+20dBm并包含輸出功率控制電路。 概述藍(lán)牙通信是一個(gè)TDD (時(shí)分復(fù)用)系統(tǒng),工作在2.402GHz與2.48GHz之間的ISM頻段內(nèi)。藍(lán)牙系統(tǒng)使用一種稱作0.5BT GFSK (高斯頻移鍵控)的數(shù)字頻率調(diào)制方法。使用這種調(diào)制,載波頻率上移175kHz表示一個(gè)“1”,下移175kHz表示一個(gè)“0”,典型的速率為每秒1M符號(hào)。0.5BT (帶寬時(shí)間)定義為在半數(shù)據(jù)速率,即500kHz時(shí)的3dB帶寬。系統(tǒng)采用FHSS (跳頻擴(kuò)頻)以改善RF鏈路的質(zhì)量和可靠性。跳頻速率達(dá)到1600hops/sec。在GFSK調(diào)制中,信號(hào)包含在恒定幅度包絡(luò)的載波中;這樣,PA (功率放大器)就可以進(jìn)入飽和狀態(tài)從而以高效率提供發(fā)射功率。Maxim的MAX2240單電源、低電壓功率放大器IC是藍(lán)牙應(yīng)用理想的選擇。這款PA提供+20dBm (100mW)的額定輸出功率。除此之外,它還包含一個(gè)數(shù)字功率控制電路??偣灿兴膫€(gè)數(shù)字控制輸出功率水平,使它適應(yīng)藍(lán)牙1類和2類功率。數(shù)字輸入控制激活和關(guān)閉模式以便在TDD系統(tǒng)中有效地操作PA。MAX2240集成了RF輸入和級(jí)間匹配,簡(jiǎn)化了IC的應(yīng)用并使PCB (印刷電路板)的面積達(dá)到最小。 藍(lán)牙對(duì)PA特性的要求發(fā)射輸出頻譜: 發(fā)射輸出頻譜的測(cè)量在頻域分析功率水平以確保在給定的條件下,PA能夠滿足FCC 20dB帶寬的要求(FCC 15.247)和藍(lán)牙發(fā)射頻譜包絡(luò)的要求(具體參見表1)。
1dB壓縮點(diǎn)測(cè)量(見測(cè)試結(jié)果F)小信號(hào)S參數(shù)測(cè)量(見測(cè)試結(jié)果G): 因?yàn)镸AX2240是典型的A類PA,器件的特性將隨輸入的變化有所不同。測(cè)量使用HP 8753E網(wǎng)絡(luò)分析儀。因此,由于網(wǎng)絡(luò)分析儀的瞬時(shí)特性S22并不代表真正的輸出匹配。通過(guò)校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)分析儀使其包含此效應(yīng)來(lái)補(bǔ)償20dB的負(fù)載或焊盤。PA的噪聲系數(shù)(見測(cè)試結(jié)果H): 它表示PA產(chǎn)生的總熱噪聲功率的特性。 噪聲功率測(cè)量(見測(cè)試結(jié)果I): 表示在比較寬的頻率范圍內(nèi)的噪聲功率輻射特性。 諧波測(cè)量(見測(cè)試結(jié)果J) PIN與POUT關(guān)系的測(cè)量以及PIN與ICC關(guān)系的測(cè)量(見測(cè)試結(jié)果K) 表1. 藍(lán)牙發(fā)射機(jī)頻譜包絡(luò)的要求 M是發(fā)射信道的整數(shù)信道號(hào),N是正在被測(cè)量的相鄰信道的整數(shù)信道號(hào))
MAX2240 PA性能回顧總的測(cè)試條件:
測(cè)試裝置框圖圖1. 輸出功率、輸出頻譜、諧波與P1dB的測(cè)試裝置 圖2. 頻譜泄漏的測(cè)試裝置 圖3. 小信號(hào)S參數(shù)的測(cè)試裝置 圖4. 噪聲系數(shù)的測(cè)試裝置 測(cè)試結(jié)果測(cè)試結(jié)果A圖5. 輸入功率4dBm時(shí)在2.45GHz 的最大輸出,VCC = 3.2V 測(cè)試結(jié)果B 表2. MAX2240輸出功率譜測(cè)量,VCC = 3.6V (頻譜分析儀的噪聲底限制了±2.5MHz的ACPR。D0和D1是MAX2240數(shù)字功率控制的輸入。)
測(cè)試結(jié)果C 表3. MAX2240輸出功率譜測(cè)量,VCC = 3.2V (頻譜分析儀的噪聲底限制了±2.5MHz的ACPR)
測(cè)試結(jié)果D 表4. MAX2240輸出功率譜測(cè)量,VCC = 2.7V (頻譜分析儀的噪聲底限制了±2.5MHz的ACPR)
測(cè)試結(jié)果E:頻譜泄漏測(cè)量 圖6. 具有10µs斜坡時(shí)間的輸出頻譜 圖7. 具有5µs斜坡時(shí)間的輸出頻譜 圖8. 具有1µs斜坡時(shí)間的輸出頻譜 圖9. 具有-1.5MHz偏移(最壞情況)的時(shí)域輸出頻譜 圖10. 具有-2.5MHz偏移(最壞情況)的時(shí)域輸出頻譜 測(cè)試結(jié)果F:P1dB測(cè)量 表5. MAX2240 P1dB測(cè)量
圖11. PIN與POUT的變化關(guān)系 測(cè)試結(jié)果G:小信號(hào)S參數(shù) 表6. MAX2240小信號(hào)S參數(shù)測(cè)量 (使用HP 8753E網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測(cè)量。具體情況見“測(cè)試裝置框圖”部分。)
測(cè)試結(jié)果H:噪聲系數(shù)測(cè)量 表7. MAX2240噪聲系數(shù)測(cè)量
測(cè)試結(jié)果I:噪聲功率測(cè)量 測(cè)試條件:
圖12. 噪聲功率測(cè)量曲線圖 測(cè)試結(jié)果J:諧波測(cè)量 測(cè)試條件:
測(cè)試結(jié)果K:POUT與PIN關(guān)系測(cè)量(在最大增益時(shí),且VCC = 3.2V) 圖13. PIN與POUT關(guān)系及PIN與ICC關(guān)系,1號(hào)板 MAX2240評(píng)估板:原理圖與線路板布局點(diǎn)擊看大圖 圖14. 原理圖 圖15. 線路板布局。具體的線路板布局信息請(qǐng)參考MAX2240數(shù)據(jù)資料。 CSP (芯片尺度封裝)推薦PCB設(shè)計(jì)焊盤尺寸:10mil直徑間距:19.7mil 中間管腳引線的線寬:3mil 助焊層:精確對(duì)準(zhǔn)時(shí)直徑14mil,一般情況直徑16mil。 圖16. 間距與焊盤尺寸 請(qǐng)參考應(yīng)用筆記晶片級(jí)封裝。 |
評(píng)論
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