ADPA1113：2 GHz 至 6 GHz、46 dBm（40 W）GaN 功率放大器的詳細(xì)解析

在電子工程領(lǐng)域，功率放大器是至關(guān)重要的組件，特別是在高頻、高功率的應(yīng)用場(chǎng)景中。今天我們要深入探討的是 ADPA1113，一款 2 GHz 至 6 GHz、46 dBm（40 W）的 GaN 功率放大器，它在眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

文件下載：ADPA1113.pdf

一、產(chǎn)品概述

ADPA1113 是一款氮化鎵（GaN）寬帶功率放大器，能夠在 2.3 GHz 至 5.7 GHz 的頻率范圍內(nèi)提供 46.5 dBm（44.7 W）的輸出功率，功率附加效率（PAE）達(dá)到 39.0%。它具有內(nèi)部匹配和交流耦合的特性，無(wú)需外部匹配或交流耦合即可實(shí)現(xiàn)全頻段操作，同時(shí)還集成了漏極偏置電感，無(wú)需外部電感來(lái)偏置放大器。這種設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

二、產(chǎn)品特性

（一）高性能指標(biāo)

1. 輸出功率：在 2.0 GHz 至 5.7 GHz 的頻率范圍內(nèi)，典型輸出功率（POUT）可達(dá) 46.5 dBm（$P_{IN}=21 dBm$），能夠滿足大多數(shù)高功率應(yīng)用的需求。
2. 增益：小信號(hào)增益在 2.3 GHz 至 5.7 GHz 范圍內(nèi)典型值為 40.5 dB，功率增益在 2.0 GHz 至 5.7 GHz 范圍內(nèi)典型值為 25.5 dB（$P_{IN}=21 dBm$），為信號(hào)提供了足夠的放大能力。
3. 功率附加效率（PAE）：在 2.3 GHz 至 5.7 GHz 范圍內(nèi)，典型 PAE 為 39%（$V{DD}=28 V$，$I{DQ}=750 mA$），高效的功率轉(zhuǎn)換有助于降低功耗和散熱要求。

（二）內(nèi)部集成設(shè)計(jì)

1. 內(nèi)部匹配和交流耦合：這種設(shè)計(jì)使得放大器在使用時(shí)無(wú)需額外的外部匹配網(wǎng)絡(luò)和交流耦合電路，減少了外部元件的使用，降低了成本和電路板面積。
2. 集成漏極偏置電感：進(jìn)一步簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，減少了外部元件的數(shù)量，提高了系統(tǒng)的可靠性。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

（一）軍事領(lǐng)域

1. 軍事干擾器：ADPA1113 的高功率輸出和寬帶特性使其非常適合用于軍事干擾器，能夠有效地干擾敵方通信和雷達(dá)系統(tǒng)。
2. 軍事雷達(dá)：在軍事雷達(dá)系統(tǒng)中，需要高功率、高增益的放大器來(lái)發(fā)射和接收信號(hào)，ADPA1113 能夠滿足這些要求，提高雷達(dá)的探測(cè)距離和精度。

（二）商業(yè)和測(cè)試領(lǐng)域

1. 商業(yè)雷達(dá)：在民用航空、氣象監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的商業(yè)雷達(dá)系統(tǒng)中，ADPA1113 可以提供穩(wěn)定可靠的功率放大。
2. 測(cè)試和測(cè)量設(shè)備：其精確的性能指標(biāo)和寬帶特性使其成為測(cè)試和測(cè)量設(shè)備中的理想選擇，可用于對(duì)各種射頻信號(hào)進(jìn)行放大和測(cè)試。

四、電氣規(guī)格

（一）不同頻率范圍的性能

（二）絕對(duì)最大額定值

在使用 ADPA1113 時(shí)，需要注意其絕對(duì)最大額定值，以避免對(duì)器件造成損壞。例如，漏極偏置電壓最大為 35 V DC，柵極偏置電壓范圍為 -8 V DC 至 0 V DC，RF 輸入功率最大為 26 dBm 等。同時(shí)，該器件不能進(jìn)行表面貼裝，也不適合用于回流焊工藝，環(huán)境溫度不能超過(guò) 150°C。

五、熱阻和 ESD 特性

（一）熱阻

熱性能直接關(guān)系到功率放大器的可靠性和穩(wěn)定性。ADPA1113 的熱阻（$theta_{JC}$）為 1.38 °C/W，熱性能與印刷電路板（PCB）設(shè)計(jì)和工作環(huán)境密切相關(guān)，因此在設(shè)計(jì) PCB 時(shí)需要仔細(xì)考慮散熱問(wèn)題。

（二）ESD 特性

ADPA1113 是靜電放電（ESD）敏感設(shè)備，其人體模型（HBM）的 ESD 耐受閾值為 500 V（Class 1B）。在處理該器件時(shí)，需要采取適當(dāng)?shù)?ESD 防護(hù)措施，以避免因靜電放電而損壞器件。

六、引腳配置和接口原理圖

（一）引腳配置

（二）接口原理圖

文檔中還提供了各個(gè)引腳的接口原理圖，包括 VDD1、RFIN、VGG1、GND、VDD2A、VDD2B、VDD3A、VDD3B 和 RFOUT 等引腳的接口電路，這些原理圖有助于工程師進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和調(diào)試。

七、典型性能特性

文檔中給出了大量的典型性能特性曲線，包括小信號(hào)增益、回波損耗、輸出功率、功率增益、PAE 等參數(shù)隨頻率、溫度、電源電壓和輸入功率的變化曲線。這些曲線可以幫助工程師更好地了解 ADPA1113 在不同工作條件下的性能表現(xiàn)，從而進(jìn)行合理的電路設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

八、工作原理

ADPA1113 采用級(jí)聯(lián)增益級(jí)的 GaN 功率放大器結(jié)構(gòu)，通過(guò)正漏極電源和外部施加的負(fù)柵極電壓進(jìn)行偏置。在偏置狀態(tài)下，器件工作在 AB 類，以實(shí)現(xiàn)飽和時(shí)的最大 PAE。同時(shí)，該放大器集成了 RF 扼流圈，并對(duì) RFIN 和 RFOUT 端口進(jìn)行了片上直流阻斷，但 RFIN 引腳有直流接地路徑，因此在驅(qū)動(dòng) RFIN 信號(hào)時(shí)，如果信號(hào)的直流偏置電平不為零，則需要進(jìn)行外部交流耦合。

九、應(yīng)用電路和基本連接

（一）應(yīng)用電路

文檔中給出了 ADPA1113 的典型應(yīng)用電路，該電路也是客戶評(píng)估板的默認(rèn)配置。在這個(gè)電路中，所有的 VDD 引腳（VDD1、VDD2A、VDD2B、VDD3A 和 VDD3B）都需要施加相同的 28 V 標(biāo)稱漏極電源電壓，并且通過(guò)電容進(jìn)行去耦。VGG1 引腳用于施加?xùn)艠O電壓，同樣需要進(jìn)行去耦。

（二）基本連接和操作步驟

1. 開(kāi)啟設(shè)備：首先將 VGG1 引腳設(shè)置為 -4 V 的夾斷電壓，然后向 VDD 引腳施加 28 V 電壓，逐漸增加?xùn)艠O電壓（更正向）直到漏極電流達(dá)到 750 mA（此時(shí) VGG1 約為 -2 V），最后施加 RF 信號(hào)。如果預(yù)先知道所需的柵極電壓，也可以直接將 VGG1 設(shè)置為該電壓，而無(wú)需經(jīng)過(guò)夾斷步驟。
2. 關(guān)閉設(shè)備：先關(guān)閉 RF 信號(hào)，將 VDD 電壓設(shè)置為 0 V，然后將 VGG1 增加到 0 V。

在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)系統(tǒng)需求適當(dāng)減少電源去耦電容的數(shù)量，但建議先移除或合并距離器件最遠(yuǎn)的最大電容。

十、訂購(gòu)指南和評(píng)估板

（一）訂購(gòu)指南

ADPA1113 有特定的型號(hào)和封裝選項(xiàng)，例如 ADPA1113AEJZ 型號(hào)的溫度范圍為 -40°C 至 +85°C，采用 14 引腳 LDCC（9.80 mm × 8.20 mm）封裝（EJ - 14 - 1），并且是符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。

（二）評(píng)估板

為了方便工程師進(jìn)行測(cè)試和開(kāi)發(fā)，還提供了 ADPA1113 - EVALZ 評(píng)估板，該評(píng)估板同樣是符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。

十一、總結(jié)

ADPA1113 作為一款高性能的 GaN 功率放大器，具有內(nèi)部匹配、交流耦合、集成漏極偏置電感等優(yōu)點(diǎn)，在 2 GHz 至 6 GHz 的頻率范圍內(nèi)提供了高輸出功率、高增益和高效率的性能表現(xiàn)。它在軍事干擾器、雷達(dá)系統(tǒng)、測(cè)試和測(cè)量設(shè)備等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。工程師在使用 ADPA1113 時(shí)，需要仔細(xì)考慮其電氣規(guī)格、熱阻、ESD 特性等因素，按照正確的操作步驟進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和調(diào)試，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。大家在實(shí)際應(yīng)用中有沒(méi)有遇到過(guò)類似高性能功率放大器的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。