ADMV7320 E-Band上變頻器SiP：技術(shù)剖析與應(yīng)用指南

在當(dāng)今高速發(fā)展的通信領(lǐng)域，E - Band通信系統(tǒng)、高容量無線回傳等應(yīng)用對高性能上變頻器的需求日益增長。ADMV7320作為一款備受關(guān)注的E - Band上變頻器SiP，為工程師們提供了強(qiáng)大的解決方案。今天，我們就來深入剖析這款產(chǎn)品。

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一、產(chǎn)品概述

ADMV7320是一款完全集成的系統(tǒng)級封裝（SiP）、正交（I/Q）上變頻器。它的工作范圍涵蓋了中頻（IF）輸入范圍從直流到2 GHz，射頻（RF）輸出范圍在81 GHz至86 GHz之間。該設(shè)備采用了圖像抑制混頻器，由6倍本地振蕩器（LO）乘法器驅(qū)動，混頻器的RF輸出后接可變增益放大器（VGA）和功率放大器（PA），典型轉(zhuǎn)換增益可達(dá)33 dB。

二、關(guān)鍵特性

2.1 增益性能

• 最大轉(zhuǎn)換增益：典型值為33 dB，在 - 20 dBm輸入時，轉(zhuǎn)換增益范圍為23.5 - 43.5 dB。
• 增益調(diào)諧范圍：最小為40 dB，增益平坦度為3 dB。這使得工程師可以根據(jù)實(shí)際需求靈活調(diào)整增益，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場景。

2.2 功率性能

• 飽和輸出功率（(P_{SAT})）：在不同增益下表現(xiàn)出色，例如在增益為23.5 dB時，典型值為26 dBm。
• 1 dB壓縮點(diǎn)輸出功率（OP1dB）：同樣在不同增益下有良好的表現(xiàn)，如增益為23.5 dB時，典型值為25 dBm。

2.3 線性度性能

• 三階交調(diào)截點(diǎn)（OIP3）：在增益為23.5 dB且輸出功率（(P_{OUT})）為16.5 dBm per tone時，典型值為31 dBm，保證了信號的線性度。

2.4 其他特性

• 內(nèi)置功率檢測器：可用于監(jiān)測輸出功率，方便工程師進(jìn)行功率控制和調(diào)整。
• 內(nèi)置包絡(luò)檢測器：用于LO歸零，有助于提高整體RF性能，特別是LO到RF的抑制。
• 封裝形式：采用完全集成的表面貼裝、50引腳、16.00 mm × 14.00 mm的LGA_CAV封裝，便于安裝和集成。

三、工作原理

3.1 混頻器和LO路徑

第一功能塊是由6倍LO乘法器驅(qū)動的砷化鎵（GaAs）I/Q上變頻器。6倍乘法器允許使用13.4 GHz至14.6 GHz的較低頻率范圍LO輸入信號，通過3倍和2倍乘法器級聯(lián)實(shí)現(xiàn)。LO路徑經(jīng)過正交分離器和片上巴倫，驅(qū)動I和Q混頻器核心，混頻器核心由單平衡無源混頻器組成，I和Q混頻器的RF輸出通過片上威爾金森功率合成器求和。

3.2 包絡(luò)檢測器、VGA和功率檢測器

VGA利用多個增益級和交錯電壓可變衰減級形成低噪聲、高線性度的可變增益放大器。第一級是低噪聲前置放大器，部分信號被耦合出來并進(jìn)一步放大后驅(qū)動片上包絡(luò)檢測器，包絡(luò)檢測器輸出與輸入信號的峰值包絡(luò)功率成正比。在信號路徑中，前置放大器后接第一個電壓可變衰減器，然后是第二級放大器提供額外增益和隔離，再驅(qū)動第二個可變衰減器塊，之后是三個級聯(lián)增益級。在第二級輸出，另一個耦合器提取一小部分輸出信號，用于外部監(jiān)測輸出功率，同時包含匹配參考二極管（DET1）以校正檢測器溫度依賴性。

3.3 功率放大器和功率檢測器

功率放大器使用四個級聯(lián)增益級構(gòu)成，在最后一級輸出，耦合器提取一小部分輸出信號，用于外部監(jiān)測輸出功率，同樣包含匹配參考二極管（DET2）以校正檢測器溫度依賴性。

四、應(yīng)用信息

4.1 上電偏置序列

由于ADMV7320功能塊使用有源多放大器和乘法器級，且采用耗盡型偽晶高電子遷移率晶體管（pHEMTs），為避免晶體管損壞，需遵循特定的上電偏置序列，且在設(shè)備上電前不要在LO或IF端口施加RF功率。具體步驟如下：

1. 對VG_MULT、VG_AMP、VGA_VG12、VGA_VG345、VGA_VG6、PA_VG1和PA_VG2施加 - 2 V偏置。
2. 對VG_MIXER施加 - 1 V偏置。
3. 對VGA_CTL12施加 - 5 V（最小衰減）至 - 1 V（最大衰減）的偏置。
4. 對VD_MULT施加1.5 V偏置。
5. 對VD_AMP、VGA_VD12、VGA_VD345、VGA_VD6、PA_VD1、PA_VD2、DET1_REF_BIAS、DET1_OUT_BIAS、DET2_REF_BIAS和DET2_OUT_BIAS施加4 V偏置。
6. 在 - 2 V至0 V之間調(diào)整VG_AMP，使總IVD_AMP電流達(dá)到175 mA。
7. 在 - 2 V至0 V之間調(diào)整VGA_VG12，使總IVGA_VD12電流達(dá)到35 mA。
8. 在 - 2 V至0 V之間調(diào)整VGA_VG345和VGA_VG6，使總IVGA_VD345和IVGA_VD6電流達(dá)到215 mA。
9. 在 - 2 V至0 V之間調(diào)整PA_VG1，使總IPA_VD1電流達(dá)到400 mA。
10. 在 - 2 V至0 V之間調(diào)整PA_VG2，使總IPA_VD2電流達(dá)到400 mA。
11. 在LO端口施加LO輸入信號，并在 - 2 V至0 V之間調(diào)整VG_MULT，使總IVD_MULT電流達(dá)到80 mA。

4.2 下電偏置序列

下電時，按以下步驟操作：

1. 按應(yīng)用電路對VD_MULT、VD_AMP、VGA_VD12、VGA_VD345、VGA_VD6、PA_VD1、PA_VD2、DET1_REF_BIAS、DET1_OUT_BIAS、DET2_REF_BIAS和DET2_OUT_BIAS電源電壓施加0 V偏置。
2. 對VGA_CTL12施加0 V偏置。
3. 對VG_MIXER施加0 V偏置。
4. 對VG_MULT、VG_AMP、VGA_VG12、VGA_VG345、VGA_VG6、PA_VG1和PA_VG2施加0 V偏置。

4.3 LO歸零

為實(shí)現(xiàn)最佳整體RF性能，特別是LO到RF的抑制，需要進(jìn)行LO歸零。通過在IF_IN、IF_IP、IF_QN和IF_QP端口施加 - 0.2 V至 + 0.2 V的直流電壓（VDC），可在RF頻段內(nèi)將RFOUT端口的6倍LO信號抑制約40 dBc。具體歸零序列如下：

1. 在 - 0.2 V至 + 0.2 V之間調(diào)整IF_IN VDC，監(jiān)測RFOUT端口的6倍LO泄漏，達(dá)到期望或最大抑制水平后，進(jìn)入步驟2。
2. 在 - 0.2 V至 + 0.2 V之間調(diào)整IF_IP VDC，監(jiān)測RFOUT端口的6倍LO泄漏，達(dá)到期望或最大抑制水平后，進(jìn)入步驟3。
3. 在 - 0.2 V至 + 0.2 V之間調(diào)整IF_QN VDC輸入，監(jiān)測RFOUT端口的6倍LO泄漏，達(dá)到期望或最大抑制水平后，進(jìn)入步驟4。
4. 在 - 0.2 V至 + 0.2 V之間調(diào)整IF_QP VDC，監(jiān)測RFOUT端口的6倍LO泄漏，達(dá)到期望或最大抑制水平后，進(jìn)入步驟5。
5. 如果RFOUT端口的6倍LO信號仍未達(dá)到期望水平，通過重復(fù)步驟1至4進(jìn)一步調(diào)整每個端口的直流電壓，輸入直流電壓變化的分辨率必須在毫伏級。
6. 為確?；祛l器核心在LO歸零過程中不損壞，將IF_IN、IF_IP、IF_QN和IF_QP的每個電流限制在3 mA。
7. 當(dāng)輸入LO頻率變化、溫度變化或進(jìn)行增益調(diào)諧順序1時，必須進(jìn)行LO歸零，因?yàn)橐种扑綍S這些條件變化。

4.4 增益調(diào)諧程序

ADMV7320提供三種不同的機(jī)制來控制發(fā)射機(jī)的總增益：

• 機(jī)制一：通過VGA_CTL12引腳進(jìn)行可變增益控制，電壓控制范圍為 - 5 V至 - 1 V，可實(shí)現(xiàn)最大和最小增益。
• 機(jī)制二：通過VGA_VG345和VGA_VG6引腳降低IVGA_VD345和IVGA_VD6的電流消耗，從標(biāo)稱的VGA_VG345 + VGA_VG6電壓調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)標(biāo)稱的IVGA_VD12 + IVGA_VD345 + IVGA_VD6電流消耗。
• 機(jī)制三：通過PA_VG1引腳降低IPA_VD1的電流消耗，從標(biāo)稱的PA_VG1電壓調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)標(biāo)稱的IPA_VD1 + IPA_VD2電流消耗。

五、布局建議

將ADMV7320底面的暴露焊盤焊接到低熱阻和低電阻的接地平面上，通常將該焊盤焊接到阻焊層的暴露開口處，并將這些接地過孔連接到所有其他接地層，以最大程度地提高設(shè)備封裝的散熱性能。同時，可參考推薦的機(jī)械布局和PCB焊盤圖案足跡進(jìn)行設(shè)計。

六、總結(jié)

ADMV7320憑借其出色的性能和豐富的功能，為E - Band通信系統(tǒng)、高容量無線回傳、測試與測量、航空航天和國防等應(yīng)用提供了可靠的解決方案。工程師們在使用過程中，需嚴(yán)格遵循上電和下電偏置序列、LO歸零和增益調(diào)諧程序等操作，同時注意布局設(shè)計，以充分發(fā)揮該產(chǎn)品的優(yōu)勢。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。