RF/ IF放大器使实现设计方案更容易并保证高性

由于人们日益渴望通过智能手机、TV、GPS 和 Wi-Fi 传送数据，所以通信基础设施的有限带宽几乎被填满了。为了满足这种渴望，通信设计师定义了各种系统，将越来越多的数据塞进有限的带宽中，不过数据传输速率 的提高是有代价的：需要保真度越来越高的发送和接收信号链路。

至于放大器，要忠实地再现信号并不降低原始信号质量，就需要低噪声和高线性度。在信 号功率较低时，不想要的噪声必须足够低，以允许想要传输的信号上升到噪声层之上。在信号电平较高时，线性放大器必须防止不想要的谐波和互调分量屏蔽想要传 送的信号。LTC6431-15 和 LTC6430-15 就实现了这两个目标。

LTC6431-15 和 LTC6430-15 是两款固定增益放大器，具备非常高的 OIP3 (线性度)，有关噪声非常低。LTC6431-15 是单端射频 (RF) / 中频 (IF) 增益构件，可直接驱动 50Ω 负载，而 LTC6430-15 是差分 RF / IF 增益构件，具备更高的功率和更宽的线性带宽。这些增益构件兼具最高性能和易用性，通过在内部处理偏置、阻抗匹配、温度补偿和稳定性问题，消除了设计方案难 以实现的问题。

针对低输入信号电平提供低 NF

在低输入信号电平时，噪声限制了通信系统的灵敏度。通信系统的噪声特性由噪声指数 (NF) 来表示，由输入端的“信号噪声功率比”除以输出端的“信号噪声功率比”得出，单位为分贝。放大器的输入端总是存在噪声，而且噪声与想要传输的信号一起放 大。NF 表示放大器本身给信号增加了多少不想要的噪声。理想情况下，放大器的 NF 为 0dB，但是任何真实的放大器都会增加噪声，因此人们的目标是，最大限度地减少噪声损害。典型 IF 放大器具备 3dB 至 12dB 噪声指数。LTC6431-15 和 LTC6430-15 在 240MHz 时均展现出 3.3dB NF。

令人印象深刻的 OIP3 有效降低 IM 分量

线性度限制了在频率域隔离想要信号和不想要信号的能力。在输入信号电平较高时，想要的信号上升至远高于噪声层，因此噪声不是什么问题，但是放大器的线性度变得更加重要了。

如图 1 所示，如果将一个单音调注入非线性放大器，那么结果得到的是想要的音调及其谐波。通常情况下，这些谐波信号可以滤除，因为在频率域它们与想要的音调离得足 够远。如果将两个音调注入一个非线性放大器，那么结果得到的是，两个想要的音调以及由众多不想要的音调极其复杂地混合在一起，这包括两个音调的谐波、两个 输入音调的和与差、以及其他互调分量 (参见图 2)。

图 1：非线性器件输入端的音调在输出端产生谐波

图 2：非线性器件输入端的两个音调在输出端产生互调分量

互调 (IM3) 分量 (2f1 – f2 和 2f2 – f1) 是这些不想要音调的一个子集，这个互调分量子集尤其麻烦。IM3 分量可能非常靠近想要信号的频率，从而使得这些分量几乎不可能滤除掉。

放大器线性度特性最常用三阶输出截取点 (OIP3) 来表示，这是一个假想点，在这个点上，IM3 分量的功率与基频信号功率相交。LTC6431-15 展现了非常小的 IM3 分量，因此其 OIP3 非常好。当阻塞 (干扰) 信号或相邻通道靠得非常近时，最大限度降低 IM3 分量尤其重要，因为 IM3 分量的增大速度是想要音调的三倍。在不使想要信号失真的情况下，这限制了放大器能够处理的可接受的输出功率，因此也就限制了输入功率。

噪声 (用 NF 表示其特性) 限制了放大器对小幅度输入信号的灵敏度，而线性度 (用 OIP3 表示其特性) 限制了放大器对大幅度输入信号的灵敏度。NF 和 OIP3 这两种衡量标准合起来，定义了放大器对一个信号的可用动态范围。

高线性度解决最难的通信问题

LTC6431-15 在 240MHz 时 OIP3 典型值为 47dBm，基本上将 IM3 分量压到了噪声层中，这样 IM3 分量就不能干扰想要信号了 (参见图 3)。LTC6430-15 也不甘示弱，在 240MHz 时其 OIP3 为 50dBm。结合其 3.3dB NF，这两款放大器都提供非常宽的动态范围，通过在高信号电平和低信号电平时保持高保真度，应对了高数据传输速率的挑战。

图 3：LTC6431-15 在 240MHz 时 OIP3 为 47dBm，基本上是将双音调信号的 IM3 分量压到噪声层中，这样 IM3 分量就不能干扰想要信号了。

易于插入不同应用中

实现 RF / IF 增益级并不总是很容易。传统上，设计师必须首先考虑电路偏置。LTC6431-15 拥有一个内部偏置电路，该电路仅需从单 5V 电源吸取 90mA 电流，而 LTC6430-15 仅从单 5V 电源吸取 160mA 电流。

该内部偏置电路优化了器件的最大线性度工作点。温度补偿电路在环境条件变化时保持性能不变，防止高温时电流流失。这些器件还有内部稳压器，以最大限度地减小电源缺陷导致的性能变化。

RF/IF 放大器在输入端和输出端还必须是阻抗匹配的，以最大限度地增大所传输的功率和减小反射。传统上，这是一项耗时费力且需要反复进行多次的任务。一般情况下， 设计师必须增加输入和输出网络，以使放大器阻抗与系统阻抗相匹配，通常是 50Ω。这些匹配网络又会改变放大器的 NF 和 OIP3，通常牺牲 NF 和 OIP3 性能以实现合理的阻抗匹配。

LTC6431-15 和 LTC6430-15 放大器在 20MHz 至 1700MHz 频带范围内，在内部匹配了输入和输出阻抗，从而简化了设计，同时保持 NF 和 OIP3 不变。单端 LTC6431-15 的输入和输出在内部匹配到 50Ω，而 LTC6430-15 的输入和输出端在内部匹配到 100Ω 差分阻抗。这就允许这些器件非常容易地插入不同应用中，而无需额外增加匹配组件。

有保证的稳定性和性能

与凌力尔特的应用电路一起使用时，LTC6431-15 和 LTC6430-15 都是可无条件稳定的。A 级版本 LTC6431-15 在 240MHz 时的 OIP3 特性是单独地表示的，保证 44dBm 的最小 OIP3。类似地， A 级版本 LTC6430-15 在 240MHz 时的 OIP3 也是单独表示的，保证 47dBm 的最小 OIP3。

一类全新的 RF 放大器

凌力尔特在生产卓越的运放型放大器方面拥有悠久历史，这类放大器能够以最低噪声和低 失真来处理低频信号。尽管 LTC6431-15 和 LTC6430-15 不能像运放那样放大 DC 信号，但是它们能够放大高达 2GHz 的信号。运算放大器一般难以在高于 200MHz 时工作。

使用运算放大器时，一般需要增加反馈以设定增益。提高电压反馈运算放大器的增益会进一步减小工作带宽。另一方面，凌力尔特的 RF 型放大器提供 15dB 固定功率增益。RF 解决方案缺乏增益调节通用性，但是可用带宽远远超过了可从运算放大器获得的带宽。

运算放大器用来驱动高阻抗负载，而 LTC6430 / LTC6431 放大器可驱动 50Ω 负载，并在很宽的频率范围内 (20MHz 至 1700MHz) 实时提供功率。与运算放大器不同，这种专注于 RF 的设计在输入和输入端不需要终端电阻，因为已经在内部实现了阻抗匹配。输入端的终端电阻增加噪声，输出端的终端电阻衰减提供给负载的功率。因此，这两款 RF 放大器解决方案提供了更好的总体噪声性能和线性度。LTC6430-15 和 LTC6431-15 放大器为不需要 DC 耦合的 AC 信号应用提供了卓越的解决方案。

LTC6431-15 单端 50Ω 放大器

单端 LTC6431-15 是多种应用的理想解决方案。该器件作为 IF 放大器使用时表现十分出色，克服了滤波器损耗问题，或者作为 ADC 驱动器与平衡-不平衡转换器一起使用时，表现也同样出色。凭借很宽的带宽，LTC6431-15 可涵盖整个 CATV 频带。

图4 所示是一个单端 IF 放大器，图 5 所示是 LTC6431-15 的评估板和在 100MHz 至 1700MHz 的性能。

图 4：单端 IF 放大器

图 5：100MHz 至 1700MHz 单端 LTC6431-15 评估板和性能，显示了 LTC6430-15 和 LTC6431 的 OIP3 随频率的变化。

LTC6430-15 差分应用

能够以差分方式配置 LTC6430-15 的输入和输出使该器件能够适用于各种系统应用，在以下各例中，LTC6430-15 的高线性度、低噪声和宽频带性能经受住了考验。

在以下第一个例子中，LTC6430-15 的差分输出与 ADC 的差分输入很相配。LTC6430-15 的输入 / 输出在内部匹配到 100Ω 差分阻抗。就驱动高速 ADC 而言，100Ω 阻抗非常便利。接下来，在一个平衡配置中，运用 2：1 平衡-不平衡转换器，LTC6430-15 以低失真提供宽带放大，驱动 50Ω 负载。最后，运用 1.33：1 平衡-不平衡转换器，LTC6430-15 可匹配至 75Ω 系统，以跨整个 CATV 频带提供宽带放大。

ADC 驱动器

LTC6430-15 作为高速、高分辨率 ADC 驱动器使用时表现出色。这类应用的挑战是，驱动未缓冲 ADC 输入，使其达到所要求的输入电压值，同时保持 ADC 的信噪比 (SNR) 和无寄生动态范围 (SFDR) 不变。正如评估电路的性能测试结果所示，LTC6430-15 能够在 LTC2158 (双通道、14

位、310Msps ADC) 的整个输入带宽范围内驱动该 ADC，而且 SFDR 和 SNR 受到的影响极小。

针对这一高速、高分辨率 ADC，表 1 显示了 SNR 和 SFDR 的最小减额。LTC6430-15 的高线性度和低噪声允许设计师在 ADC 输入端以最低的滤波要求驱动该 ADC。所有测量值都是从单个应用电路得出的，未调整匹配网络。这突出显示了 LTC6430-15 的宽带宽和高线性度性能。

表 1： ADC 驱动器评估电路随频率变化所得结果总结

平衡放大器驱动 50Ω 负载

采用恰当配对的 2：1 平衡-不平衡转换器，LTC6430-15 能够以低噪声和低失真提供宽带放大。在这种平衡配置中，放大器在输入端和输出端匹配至 50Ω。这种平衡配置还具有抑制二阶失真的优势，这在多倍频程宽带应用中是至关重要的。

不幸的是，单个平衡-不平衡转换器不能涵盖 LTC6430-15 的整个工作频带。凌力尔特提供多种覆盖该放大器拟用带宽的评估电路。这些评估电路的输入和输出端已经转换到 50Ω，以减轻特性测试负担。这些评估电路也展现了 LTC6430-15 用于没有平衡-不平衡转换器的纯差分应用时的性能。

测试结果显示，针对感兴趣的频率，选择正确的平衡-不平衡转换器是很重要的。由于带宽受限，平衡-不平衡转换器限制了 LTC6430-15 的性能。总之，这三个平衡电路都显示，用 LTC6430-15 可获得高线性度和宽带宽。

CATV 应用

CATV 应用电路是本文中显示 LTC6430-15 通用性的最后一个例子。CATV 给放大器带来了独特挑战。所需频带常常涵盖超过四倍频程，放大器必须拥有平坦的增益曲线，阻抗必须与 75Ω 环境匹配。多通道数目要求卓越的三阶线性度，而且由于多倍频程环境，也必须抑制二阶分量。LTC6430-15 运用一对 1.33：1 平衡-不平衡转换器，将内在 100Ω 差分阻抗转化为 75Ω，可应对这些挑战。

考虑到其低噪声、低二阶和三阶失真以及平坦的增益曲线，这个电路可以满足 CATV 要求，同时仅从 5V 电源吸取 800mW 功率。

基于硅的工艺帮助实现更高的可再生性

LTC6431-15 和 LTC6430-15 是采用高性能 SiGe BiCMOS 工艺制造的，相比之下，其他 RF 增益构件则是用 GaAs 晶体管制造的。与可比的 GaAs 工艺相比，运用基于硅的工艺可实现更高的可再生性。BiCMOS 工艺还使凌力尔特能够在这些器件中集成失真消除、偏置控制和稳压器功能。

结论

LTC6431-15 和 LTC6430-15 以最低的 DC 功耗实现了同类最佳的噪声性能和线性度，满足了现代通信标准要求，并简化了 RF / IF 设计。这两款器件易于使用、具备通用性并能够在各种各样的条件下保证高性能。