5.0 GHz 至 18.0 GHz 中功率放大器 ADH451S 深度解析

在電子工程師的日常工作中，選擇合適的放大器至關(guān)重要。今天我們就來深入探討一款高性能的中功率放大器——ADH451S，它工作在 5.0 GHz 至 18.0 GHz 頻段，為眾多射頻應(yīng)用提供了理想的解決方案。

文件下載：ADH451S.pdf

一、規(guī)格概述

ADH451S 規(guī)格書詳細(xì)規(guī)定了產(chǎn)品要求，遵循 MIL - PRF - 38535 Level V 標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)結(jié)合 RF & MICROWAVE STANDARD SPACE LEVEL PRODUCTS PROGRAM 中的制造流程。此規(guī)格書聚焦于該產(chǎn)品的太空級(jí)版本，商業(yè)級(jí)版本的詳細(xì)操作說明和完整數(shù)據(jù)手冊(cè)可在 http://www.analog.com/HMC451 查看。

二、產(chǎn)品信息

1. 產(chǎn)品型號(hào)

完整型號(hào)為 ADH451 - 701LH5，是一款 5.0 GHz 至 18.0 GHz 的中功率放大器。

2. 封裝外形

封裝外形符合 MIL - STD - 1835 標(biāo)準(zhǔn)，具體為 X 型，采用 12 引腳陶瓷密封表面貼裝（LH5）封裝，引腳鍍層為金。

3. 引腳連接

這里需要注意的是，RFIN 引腳為交流耦合并匹配到 50 歐姆；VDD1 和 VDD2 需外接 100 pF、1000 pF 和 2.2μF 的旁路電容；封裝底座必須連接到 RF/DC 地，封裝蓋內(nèi)部已連接到 RF/DC 地。

三、性能參數(shù)

1. 絕對(duì)最大額定值

超出這些絕對(duì)最大額定值的應(yīng)力可能會(huì)對(duì)器件造成永久性損壞，長時(shí)間處于絕對(duì)最大額定值條件下還可能影響器件的可靠性。

2. 典型工作性能特性

所有典型規(guī)格在 TA = 25 °C 和 Vdd1 = Vdd2 = +5 V 條件下測量。

3. 電氣性能特性

不同頻率連續(xù)波輸入下的增益、增益隨溫度變化、1dB 壓縮輸出功率等參數(shù)也有詳細(xì)規(guī)定。例如，在頻率為 5.0 GHz 連續(xù)波輸入，RF In = -10dBm 時(shí)，增益在某些子組為 16 dB，某些子組為 14 dB。同時(shí)規(guī)定了靜態(tài)電源電流在無信號(hào)輸入時(shí)最大為 150 mA。

4. 測試要求和極限

包括電氣測試要求、老化/壽命測試的增量極限等。如老化測試為 240 小時(shí)，壽命測試為 1000 小時(shí)，增益變化極限為 ±1.0 dB，靜態(tài)電源電流變化極限為 ±10%。

四、測試與特殊要求

1. 老化和壽命測試

制造商需對(duì)測試條件和電路進(jìn)行文件版本控制，并應(yīng)要求向相關(guān)方提供。測試電路應(yīng)符合 MIL - STD - 883 方法 1015 測試條件 B 的要求，不過 HTRB 不適用于此產(chǎn)品。

2. MIL - PRF - 38535 QMLV 例外情況

晶圓制造的代工信息可根據(jù)需求提供，同時(shí)不進(jìn)行 Group D - 5 鹽霧氣氛測試。

五、應(yīng)用與封裝

1. 應(yīng)用建議

最終應(yīng)用的電路板應(yīng)采用 RF 電路設(shè)計(jì)技術(shù)，信號(hào)線阻抗應(yīng)為 50 歐姆，封裝接地引腳和底部應(yīng)直接連接到接地平面，使用足夠的過孔連接上下接地平面，并將電路板安裝到合適的散熱器上。

2. 封裝尺寸

LH5 封裝的外形尺寸可在 http://www.analog.com 查詢或按需獲取。

六、訂購與修訂歷史

此款產(chǎn)品的訂購型號(hào)為 ADH451 - 701LH5，溫度范圍為 -40 °C 至 +85 °C，封裝為 12 引腳陶瓷密封表面貼裝。其修訂歷史從 2018 年 12 月開始，到 2020 年 10 月經(jīng)歷了多次更新和修正。

作為電子工程師，在選擇和使用 ADH451S 放大器時(shí)，我們需要充分了解其各項(xiàng)性能參數(shù)和使用要求，以確保在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮出其最佳性能。大家在使用這款放大器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。

在前面的博文中，我們?cè)敿?xì)解析了 ADH451S 中功率放大器的各項(xiàng)參數(shù)和特性。為了讓大家更好地了解其在實(shí)際中的應(yīng)用，下面為大家分享一些相關(guān)的應(yīng)用案例。

音頻系統(tǒng)中的功率放大器應(yīng)用

在音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)里，功率放大器的選擇和應(yīng)用極為關(guān)鍵，因?yàn)樗苯佑绊懼纛l系統(tǒng)的音質(zhì)、功率輸出和效能。不同類型的音頻功率放大器有著不同的特點(diǎn)和適用場景。

• A 類功率放大器：具有較高的線性增益和音質(zhì)，但功率效能相對(duì)較低。其電路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，主要由一個(gè)晶體管或真空管組成，通過控制晶體管或真空管的偏置電流，將音頻信號(hào)放大到所需的功率水平。由于其線性度較好，適用于要求較高音質(zhì)但功率較小的音頻系統(tǒng)，如家庭音響、耳機(jī)放大器等。
• B 類功率放大器：采用了兩個(gè)互補(bǔ)的晶體管或真空管，一個(gè)負(fù)責(zé)放大正半周的音頻信號(hào)，另一個(gè)負(fù)責(zé)放大負(fù)半周的音頻信號(hào)。這樣的設(shè)計(jì)能夠提高功率效能，并減少能量的浪費(fèi)。然而，B 類功率放大器的線性度相對(duì)較低，容易產(chǎn)生失真，因此更適用于功率要求較高但音質(zhì)要求較低的應(yīng)用，例如汽車音響。
• AB 類功率放大器：是 A 類功率放大器和 B 類功率放大器的結(jié)合體。它采用了兩個(gè)互補(bǔ)的晶體管或真空管，其中一個(gè)晶體管或真空管處于 A 類工作狀態(tài)，負(fù)責(zé)低功率信號(hào)的放大，另一個(gè)晶體管或真空管則處于 B 類工作狀態(tài)，負(fù)責(zé)高功率信號(hào)的放大。這種設(shè)計(jì)既能保證音質(zhì)，又能提高功率效能，廣泛應(yīng)用于各種音響系統(tǒng)，包括專業(yè)音響系統(tǒng)、舞臺(tái)音響系統(tǒng)等。
• D 類功率放大器：是一種數(shù)字功率放大器，將音頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，然后通過高效的開關(guān)電路將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖寬度調(diào)制（PWM）信號(hào)，最后通過低通濾波器將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。具有高效率、小尺寸和低功率損耗的優(yōu)點(diǎn)，成本相對(duì)較低，適用于功率要求高、空間受限或移動(dòng)設(shè)備的音頻系統(tǒng)。

Mason 公式在功率放大器增益計(jì)算中的應(yīng)用

Mason 公式是一種用于線性多端口網(wǎng)絡(luò)分析的數(shù)學(xué)工具，它提供了一種有效的方法來計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中的傳輸函數(shù)和信號(hào)增益。在功率放大器增益計(jì)算中，Mason 公式可以幫助我們快速而準(zhǔn)確地計(jì)算功率放大器的增益，進(jìn)而評(píng)估功率放大器的性能。 使用 Mason 公式計(jì)算功率放大器增益的具體步驟如下：

1. 將功率放大器抽象為一個(gè)線性多端口網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)功率放大器的設(shè)計(jì)和電路結(jié)構(gòu)，將輸入和輸出連接到網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)端口上。
2. 根據(jù)線性多端口網(wǎng)絡(luò)的定義和 Mason 公式的原理，找到網(wǎng)絡(luò)中所有可能的路徑和回路。路徑是指從一個(gè)輸入到一個(gè)輸出的連接路徑，而回路是指從一個(gè)節(jié)點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)過若干支路后返回到同一節(jié)點(diǎn)的路徑。
3. 對(duì)于每個(gè)路徑，計(jì)算其路徑增益系數(shù)。路徑增益系數(shù)表示路徑上各個(gè)支路的傳輸函數(shù)之積。
4. 根據(jù)路徑增益系數(shù)的定義，對(duì)所有路徑的增益系數(shù)進(jìn)行求和，得到網(wǎng)絡(luò)的傳輸函數(shù)。
5. 利用傳輸函數(shù)，可以計(jì)算功率放大器的增益。增益可以通過傳輸函數(shù)的模值（即幅度響應(yīng)）來獲得，通常以分貝為單位表示。

預(yù)失真技術(shù)在 C 波段功率放大器中的應(yīng)用

在 C 波段通信技術(shù)中，功率放大器扮演著重要的角色，而預(yù)失真技術(shù)作為功率放大器性能優(yōu)化的一種有效方式，受到廣泛關(guān)注和研究。

• 直接數(shù)字預(yù)失真技術(shù)：是指在數(shù)字信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真處理之后，再經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出模擬信號(hào)。該技術(shù)通過一些算法來實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的預(yù)處理，常用的算法有 LMS 算法、NLMS 算法等。在 C 波段通信中，通過直接數(shù)字預(yù)失真技術(shù)，可以有效消除功率放大器的非線性失真，并且保護(hù)信號(hào)質(zhì)量的同時(shí)，提高了 C 波段通信系統(tǒng)的抗干擾性能。
• 間接數(shù)字預(yù)失真技術(shù)：是指在數(shù)字信號(hào)經(jīng)過 DA 轉(zhuǎn)換器后，再通過模擬調(diào)制器以電壓形式進(jìn)入功率放大器。該技術(shù)能夠有效消除功率放大器的非線性失真，并且降低功率放大器的零散響應(yīng)，提高信號(hào)質(zhì)量和抗干擾能力。在 C 波段通信系統(tǒng)中，尤其需要保證信號(hào)的穩(wěn)定性和質(zhì)量，因此間接數(shù)字預(yù)失真技術(shù)常被應(yīng)用于 C 波段通信系統(tǒng)中。
• 模擬預(yù)失真技術(shù)：是將調(diào)制信號(hào)直接加入到放大器輸入信號(hào)，通過信號(hào)處理電路實(shí)現(xiàn)失真預(yù)處理。該技術(shù)可以在功放的驅(qū)動(dòng)端和功率放大器之間加一個(gè)預(yù)處理電路，來消除功率放大器的非線性失真。不過模擬預(yù)失真技術(shù)成本較高，并且在 C 波段通信中的應(yīng)用還不是很廣泛。

這些不同的應(yīng)用案例展示了功率放大器在不同場景下的使用方式和優(yōu)化方法。對(duì)于 ADH451S 這樣的中功率放大器，在實(shí)際應(yīng)用中，我們也可以參考這些案例，根據(jù)具體的需求和場景，選擇合適的方法來發(fā)揮其性能。大家在實(shí)際項(xiàng)目中，是否遇到過功率放大器應(yīng)用方面的難題呢？又是如何解決的，歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。