在RF信號(hào)鏈中，確保適當(dāng)?shù)钠煤蜑?a href="http://m.1cnz.cn/tags/放大器/" target="_blank">放大器提供電源可能具有挑戰(zhàn)性，特別是在漏極電壓也用作輸出端口時(shí)。市面上有許多類型的電源解決方案和拓?fù)洹＞唧w需要哪種電源解決方案，取決于您的應(yīng)用和系統(tǒng)要求。本實(shí)驗(yàn)采用低壓差(LDO)線性穩(wěn)壓器和降壓開關(guān)穩(wěn)壓器采集數(shù)據(jù)，如圖3所示。降壓開關(guān)穩(wěn)壓器是一種典型的解決大壓降的解決方案，效率高，工作溫度低。開關(guān)電源可以將更高的電壓（例如12 V）降低至更常用的芯片級(jí)電壓（例如3.3 V和1.8 V）。但是，它們可能給輸出電壓帶來嚴(yán)重的開關(guān)噪聲或紋波，導(dǎo)致性能大幅下降。LDO穩(wěn)壓器也可以降低這些電壓，且噪聲更低；但是，它們的功耗主要表現(xiàn)為熱量。當(dāng)輸入電壓和輸出電壓之間的差值較小時(shí)，使用LDO穩(wěn)壓器是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，但當(dāng)連接環(huán)境熱阻θJA超過30°C/W時(shí)，從FPGA和ASIC獲取的大電流會(huì)導(dǎo)致LDO穩(wěn)壓器的性能迅速下降。

測試設(shè)置

本實(shí)驗(yàn)使用了三款不同的ADI電源產(chǎn)品：LTM8063、LTM4626和 LT3045。表1匯總了所用電源解決方案的部分?jǐn)?shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)格。

輸入信號(hào)掃描100 MHz、200 MHz、500 MHz，以及1 GHz至10 GHz的頻率。選擇10 Hz至30 MHz頻率偏移，分析了相位噪聲。測試設(shè)置如圖4所示。輸入RF信號(hào)由Rohde & Schwarz FSWP50相位噪聲分析儀從內(nèi)部生成。這款振蕩器性能出色，使用它是因?yàn)槟芮宄憩F(xiàn)電源導(dǎo)致的附加相位噪聲或調(diào)制雜散。

圖4. 本實(shí)驗(yàn)使用的測試設(shè)置的簡化框圖。

使用兩個(gè)ADI放大器產(chǎn)品來表示RF信號(hào)鏈中的一個(gè)模塊。

結(jié)果

圖5比較在由LTM8063和試驗(yàn)臺(tái)電源供電時(shí)，功率放大器的相位噪聲響應(yīng)。可以看到，在超過1/f頻率后，功率放大器的性能稍微降低。功率放大器消耗更多供電電流，所觀察的相位噪聲大約增加2 dB至4 dB。

圖5. (a) HMC8411和 ADPA9002在2 Ghz時(shí)的性能，(b)試驗(yàn)臺(tái)和LTM8063供電的ADPA9002在兩個(gè)不同的輸入頻率下的相位噪聲響應(yīng)。

圖6顯示在輸入頻率為2 GHz和8 GHz時(shí)， HMC8411 的相位噪聲響應(yīng)。響應(yīng)緊隨其后，共模相位噪聲/頻率關(guān)系如公式3所示：

圖6. HMC8411與LTM8063的相位噪聲響應(yīng)，顯示相位噪聲/頻率關(guān)系。

這種關(guān)系表明，輸入頻率每增加一倍，相位噪聲大約增加6 dB。可以看出，頻率增大4×?xí)r，在10 Hz至100 Hz頻率偏移下，相位噪聲大約增加12 dB。

圖7顯示在由LTM8063供電和由試驗(yàn)臺(tái)電源供電時(shí)，HMC8411在100 MHz和10 GHz時(shí)的相位噪聲響應(yīng)。試驗(yàn)臺(tái)電源相位噪聲響應(yīng)被用作判斷某些電源解決方案性能的基準(zhǔn)。與試驗(yàn)臺(tái)電源相比，LTM8063在多種頻率下都具有出色性能，寬帶本底噪聲僅增加約2 dB。

圖7. 由試驗(yàn)臺(tái)和LTM8063供電的HMC8411在兩個(gè)不同的輸入頻率下的相位噪聲響應(yīng)。

一般會(huì)采用大電流模塊（例如LTM4626）作為主電源，以便配電網(wǎng)絡(luò)根據(jù)各個(gè)電路模塊的要求降壓。從圖8中，可以看到LTM8063與級(jí)聯(lián)LT3045超低噪聲LDO穩(wěn)壓器的LTM4626的相位噪聲性能相似。如果LTM8063提供的電壓和電流輸出能滿足設(shè)計(jì)要求，該電源解決方案可以節(jié)省大幅成本和電路板空間。

圖8. 采用各種電源解決方案時(shí)，HMC8411的相位噪聲響應(yīng)。fc = 5 GHz。

從圖9a可以看出，開關(guān)電源在不同頻段下，可以表現(xiàn)出明顯不同的行為。對(duì)于5 kHz以下的功率LNA相位噪聲，LTM8063和LTM4626對(duì)它的影響可忽略不計(jì)，這一點(diǎn)上兩者相似，但在5 kHz以上，兩者之間的表現(xiàn)相差很大。LTM4626針對(duì)高端數(shù)字產(chǎn)品設(shè)計(jì)和優(yōu)化。這些器件通常需要高效率和快速的瞬態(tài)響應(yīng)，因此它們的電源可能具有極低的無源阻抗、快速開關(guān)邊緣率、高控制環(huán)路增益和帶寬等特性。這些特性會(huì)在輸出電壓中產(chǎn)生幾毫伏的擾動(dòng)。雖然這些擾動(dòng)在數(shù)字系統(tǒng)中無關(guān)緊要，但卻會(huì)降低信號(hào)鏈產(chǎn)品的性能。盡管如此，使用LTM4626，SFDR為102.7 dB時(shí)，輸出頻譜中沒有明顯的雜散，如圖9b所示。但是，LTM8063是針對(duì)低噪聲（EMI和輸出）設(shè)計(jì)的，會(huì)在信號(hào)鏈應(yīng)用中優(yōu)化其性能。它具有很好的低頻穩(wěn)定性、很小的輸出擾動(dòng)，在開關(guān)基波及其諧波上的噪聲更小。

圖9. (A)由不同開關(guān)穩(wěn)壓器供電的HMC8411在5 Ghz的相位噪聲響應(yīng)，(b)由LTM4626供電的HMC8411的頻譜中沒有雜散

結(jié)論

在進(jìn)行信號(hào)鏈分析時(shí)，必須考慮到所有噪聲來源，這很重要。DC電源解決方案這個(gè)噪聲源常常被忽視掉，這可能會(huì)影響和嚴(yán)重降低信號(hào)鏈的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，選擇正確的電源模塊至關(guān)重要，在10 kHz偏移下，可以使相位噪聲改善多達(dá)10 dB。在這個(gè)應(yīng)用中，LTM8063給出的結(jié)果最好。雖然級(jí)聯(lián)LT3045的LTM4626能提供同等相位噪聲性能，但應(yīng)明白，選擇正確的電源解決方案對(duì)于優(yōu)化RF信號(hào)鏈非常重要。

審核編輯：郭婷