为2.4GHz DECT无绳电话应用优化MAX2242 PA

2003-09-16

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摘要

本篇应用笔记的主要目的是提供MAX2242非线性工作时全部工作性能的总结。文中给出了MAX2242具体的优化过程以帮助功率放大器(PA)设计者将PA从A类偏置(线性工作)调整到A/B类偏置(饱和模式)。本文对于将MAX2242用于实现无绳电话设计目标的PA工程师来说是十分有用的设计工具，可以使设计达到可能实现的最高性能和最低材料单(BOM)成本。

更多信息：

概述

MAX2242低电压线性功率放大器(PA)最初是为2.4GHz ISM频段无线LAN应用设计的。使用另外的PA偏置调谐和输出匹配网络优化，MAX2242 PA对于2.4GHz DECT (数字欧洲无绳电话)非线性应用也是十分理想的。

MAX2242 PA由一个三级功率放大器、功率检测器、功率管理电路和一个关闭引脚组成。所有上述特点给PA设计者很大的自由来满足无绳电话应用中不同的系统设计要求。除此之外，MAX2242 PA拥有一个外部偏置控制引脚。使用外部DAC (数模转换器)，可以在输出功率较低时降低电源电流同时保证最高的平均效率。

将MAX2242与MAX2644 LNA (低噪声放大器)级联就产生了具有超过34dB增益并能够在发射部分与VCO之间提供30dB隔离的PA。这极大地减小了DECT手持电话中使用的时分复用(TDD)频移调制(FSM)系统的VCO牵引效应。

本篇应用笔记的主要目的是提供MAX2242非线性工作时全部工作性能的总结。文中给出了MAX2242具体的优化过程以帮助功率放大器(PA)设计者将PA从A类偏置(线性工作)调整到A/B类偏置(饱和模式)。本文对于将MAX2242用于实现无绳电话设计目标的PA工程师来说是十分有用的设计工具，可以使设计具有可能达到的最高性能和最低材料单(BOM)成本。

测试结果

V_CC = 3.6V且RF输入功率= +4dBm时，MAX2242能够给出+26dBm的输出功率，电源电流290mA (效率38%)，待机电流71mA。

MAX2242与MAX2644 LNA级联后，当V_CC_PA = 3.6V，V_CC_Buffer = 2.7V，P_IN = -8dBm时，系统给出+26.15dBm RF输出功率，总电源电流310mA，MAX2644的反向隔离为30dB。

一般测试条件

所有测试在室温下进行。
测试信号：连续波信号
PA待机电流：71mA
V_CC_MAX2242 (PA)：3.6V
V_CC_MAX2644 (LNA)：2.7V
P_OUT: +26.0dBm

测试装置框图

图1. 测试装置框图

测试结果

图2. MAX2242 PA输出功率与增益随输入功率变化关系，VCC = 3.6V, 频率 = 2450MHz, TA = +25°C

图2. MAX2242 PA输出功率与增益随输入功率变化关系，V_CC = 3.6V, 频率 = 2450MHz, T_A = +25°C

图3. MAX2242 PA电源电流与效率随输入功率变化关系，VCC = 3.6V, 频率 = 2450MHz, TA = +25°C

图3. MAX2242 PA电源电流与效率随输入功率变化关系，V_CC = 3.6V, 频率 = 2450MHz, T_A = +25°C

图4. MAX2242 PA输出功率与增益随频率变化关系，VCC = 3.6, PIN = 4dBm

图4. MAX2242 PA输出功率与增益随频率变化关系，V_CC = 3.6, P_IN = 4dBm

图5. MAX2242 PA电源电流与效率随频率变化关系，VCC = 3.6, PIN = 4dBm

图5. MAX2242 PA电源电流与效率随频率变化关系，V_CC = 3.6, P_IN = 4dBm

图6. MAX2242与MAX2644级联POUT、效率随PIN变化关系， VCC_PA = 3.6V, VCC_ buffer = 2.7V, 频率 = 2450MHz

图6. MAX2242与MAX2644级联P_OUT、效率随P_IN变化关系，V_CC_PA = 3.6V, V_CC_ buffer = 2.7V, 频率 = 2450MHz

图7. MAX2242与MAX2644级联POUT、效率随频率变化关系，VCC_PA = 3.6V, VCC_Buffer = 2.7V, PIN = -8dBm

图7. MAX2242与MAX2644级联P_OUT、效率随频率变化关系，V_CC_PA = 3.6V, V_CC_Buffer = 2.7V, P_IN = -8dBm

为非线性工作优化MAX2242的过程

确定如下设计规范：
- 输出饱和功率(dBm)
- 输入功率(dBm)和所需的PA增益
- PA效率
使用MAX2242标准评估板。将偏置控制引脚连接至电压源。
给MAX2242 PA加电。
给PA提供所需的输入功率。在本文中，我们使用+4dBm作为所需的输入功率。
调节偏置控制电压直到达到预期的输出功率，或者在某一输入功率时达到最大的输出功率。
记录下列设计参数：
- V_BIAS - 偏置控制电压
- I_CC - 电源电流
- I_IDLE - 关闭输入功率，记录Icc
- P_{OUT_SAT} - 增加输入功率直到MAX2242的输出达到深饱和，记录RF输出功率。
调节MAX2242评估板上的输出并联电容(C2)，调节的方法可以是改变电容的位置或者改变电容值。通过调节输出并联电容C2，PA的饱和输出功率、增益和效率都会变化。对MAX2242来讲，设计的过程中总要通过调节输出匹配和偏置控制电压在最大饱和输出功率、增益和效率之间作出平衡。找出MAX2242的最小输入有效功率以确定增益要求也是十分重要的。
重复步骤5至步骤7直到满足预期的设计规范。
将V_BIAS.断开。根据经过性能优化的待机电流改变R1和R2 (相同的电阻)值，直到待机电流等于有偏置控制电压时的情况。

注意：在工作频率范围内(2.4GHz至2.5GHz)，MAX2242能够给出具有超过38%的效率的宽范围饱和输出功率。典型的最佳工作输出功率范围是从+22dBm到+27dBm。

MAX2242EVKIT原理图

图8. MAX2242评估板原理图

MAX2242EVKIT BOM

	Designation	Qty	Description
*	C2	1	1.8pF ±0.1pF 50V Ceramic Cap (0402) Murata GRM36C0G1R8B050AD or Taiyo Yuden EVK105CH1R8JW	ECM0033
*	C12	1	6.0pF ±0.1pF 50V Ceramic Cap (0402) Murata GRM36C0G060B050AD or Taiyo Yuden EVK105CH060JW	ECM0133
*	C3, C6, C8, C10	4	0.1uF 10% 10V Ceramic Cap (0402) Murata GRM36X5R104K010 or Taiyo Yuden LMK105BJ104MV	ECM0070
	C1, C9	2	33pF 5% 50V Ceramic Cap (0402) Murata GRM36C0G330J050AD or Taiyo Yuden UMK105CH330JW	ECM0066, EC0451
*	C5	1	22_F 16V Tant Cap (CASE B) AVX TAJB226M016	EC0249
	C4, C7	2	N/I
*	L1	1	10nH ±0.3nH 5% Inductor (0402) Coilcraft 0402CS-10NXJBG
	L2	1	2.2nH Inductor (0402) Murata LQP10A2N2B00
	R1, R2	2	8.06KΩ 1% Resistor (0402)
	R3	1	47KΩ 5% Resistor (0402)
	R4	1	51Ω 5% Resistor (0402)
	IN, OUT	2	SMA Connector (PC Edge Mount) EF Johnson 142-0701-801 DIGI-KEY J502-ND
	JU1	1	3 pin header Digi-Key S1012-36-ND or Equivalent
	BIAS, PDOUT	1	1 pin header Digi-Key S1012-36-ND or Equivalent
	None	2	Shunt for JU1 Digi-Key S9000-ND or Equivalent
	V_CC, GND	1	Test Points Mouser 151-203
*	U1	2	The MAX2242EBC (3x4 CSP)	EU____
	None	1	The MAX2242 PC Board
*	None	1	The MAX2242 Data Sheet
*	None	1	The MAX2242EVKIT Data Sheet
*由Analog提供