MAX2831パワーアンプ(PA)の出力電力とバイアス電流の最適化

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要約

この記事では、MAX2831用にさまざまな電力レベルで最適化されたパワーアンプ(PA)効率のデータとレジスタ設定値について説明します。

はじめに

MAX2831は、802.11b/gアプリケーション用にパワーアンプ(PA)を搭載した全機能内蔵トランシーバです。2段PAのバイアス電流と出力マッチングネットワークは、802.11gスペクトルマスクの要件を満たしつつ、3.3V電源から209mAの電流で公称+18.5dBmの電力を送信するように最適化されています(54Mbps (64-QAM)モードで5.6%未満のEVM)。低出力電力レベルにて、PAバイアス電流レジスタを再プログラミングすることによって、802.11g要件を満たすと同時に、バイアス電流とPA全体の電流を削減し、Tx効率を向上することができます。PAバイアス電流が+17dBmの送信電力用に最適化されている場合、公称レジスタ設定に比べて26mAの電流が節約されます。+3dBmの送信電力で動作する場合、公称レジスタ設定に比べて62mAの電流が節約されます。単純な2つのコンデンサによる出力マッチングネットワークを最適化することによって、特定の出力電力レベルの電流をさらに節約することができます。

プログラミング

レジスタ10 (A3:A0 = 1010)を使って、2段PAのバイアス電流をプログラムすることができます。ビットD2:D0では、第1段目のバイアス電流を最適化することが可能で、ビットD6:D3では、第2段目のバイアス電流をプログラムすることができます。表1は、レジスタの設定値とMAX2831のEVキットの等価バイアス電流の設定値の一覧です。

表1. MAX2831のPAバイアス電流レジスタの設定値
Power Amplifier First-Stage Bias Current Power Amplifier Second-Stage Bias Current
Register 10
(A3:A0 = 1010)
Bit D2:D0		 Equivalent Bias Current
(µA)		 Register 10
(A3:A0 = 1010)
Bit D6:D3		 Equivalent Bias Current
(µA)
100 125 0100 160
010 75 0011 120
001 50 0011 120
001 50 0010 80

結果

図1と表2に、PAバイアス電流の最適化によって達成された電流の節約についてまとめています。表3と図2は、公称レジスタ設定値における性能をまとめたものです。図3、図4、および図5は、+17dBmと+15dBm用に最適化したレジスタ設定の性能、および各出力スペクトルをそれぞれまとめたものです。図6は、+12dBmと+9dBm用に最適化したレジスタ設定の性能をまとめています。図7に測定のセットアップを示します。

Figure 1. MAX2831 supply current vs. output power for nominal PA bias and PA bias current optimized for specific output power levels.

図1. MAX2831の公称PAバイアス電流時と特定の出力電力レベルに対して最適化されたPAバイアス電流時での消費電流対出力電力

表2. 出力電力に対してバイアス電流を最適化した場合のレジスタ設定値と測定結果
(VCCTX = 2.85V、VCCPA = 3.3V、信号源 = 90mVRMS 802.11g 64-QAM OFDM (54Mbps)、f = 2437MHz、ICCTX = 81mA)
Measured Results Register Settings
(See MAX2831 EV Kit Control Software)
POUT (dBm) EVM (%) PA Current (mA) PA Current Savings (mA) Tx VGA Gain (SPI™)
[Register 12
(A3:A0 = 1100)
Bit D5:D0]		 PA Driver Output Current (µA)
[Register 10
(A3:A0 = 1010)
Bit D2:D0]		 PA Output-Stage Bias (µA)
[Register10
(A3:A0 = 1010)
Bit D6:D3]
2.9 3.5 73 61 35 (100011) 50 (001) 80 (0010)
6.1 5.1 79 59 41 (101001) 50 (001) 80 (0010)
9.2 4.4 98 45 44 (101100) 50 (001) 120 (0011)
12.1 5.6 111 41 50 (110010) 50 (001) 120 (0011)
15.2 5.0 140 28 53 (110101) 75 (010) 120 (0011)
17.0 5.3 158 26 57 (111001) 75 (010) 120 (0011)
18.7 5.5 204 — 57 (111001) 125 (100) 160 (0100)
表3. +18.5dBm(公称)用に最適化されたMAX2831の出力電力、消費電流、EVM、およびレジスタ設定値
(VCCTX = 2.85V、VCCPA = 3.3V、信号源 = 90mVRMS 802.11g 64-QAM OFDM (54Mbps)、f = 2437MHz、ICCTX = 81mA)
Measured Results Register Settings
(See MAX2831 EV Kit Control Software)
POUT
(dBm)		 EVM (%) PA Current (mA) Tx VGA Gain (SPI)
[Register 12
(A3:A0 = 1100)
Bit D5:D0]		 PA Driver Output Current (µA)
[Register 10
(A3:A0 = 1010)
Bit D2:D0]		 PA Output-Stage Bias (µA)
[Register10
(A3:A0 = 1010)
Bit D6:D3]
3.3 2.1 135 24 (011000) 125 (100) 160 (0100)
6.3 2.3 138 30 (011110) 125 (100) 160 (0100)
9.2 2.6 143 36 (100100) 125 (100) 160 (0100)
12.2 2.9 152 43 (101011) 125 (100) 160 (0100)
15.1 3.4 168 49 (110001) 125 (100) 160 (0100)
17.1 4.1 184 53 (110101) 125 (100) 160 (0100)
18.7 5.5 204 57 (111001) 125 (100) 160 (0100)

Figure 2. MAX2831 output power, supply current, and EVM optimized for +18.5dBm. (A3:A0 = 1010, D6:D3 = 0100, D2:D0 = 100)

図2. +18.5dBm用に最適化されたMAX2831の出力電力、および消費電流、EVM (A3:A0 = 1010、D6:D3 = 0100、 D2:D0 = 100)

Figure 3. MAX2831 output power, supply current, and EVM with register settings optimized for +17dBm and +15dBm. (A3:A0 = 1010, D6:D3 = 0011, D2:D0 = 010)

図3. +17dBmと+15dBm用にレジスタ設定が最適化された、MAX2831の出力電力、消費電流、およびEVM (A3:A0 = 1010、D6:D3 = 0011、D2:D0 = 010)

Figure 4. Output spectrum at +17dBm (red line denotes 11g spectral mask requirements). (A3:A0 = 1010, D6:D3 = 0011, D2:D0 = 010)

図4. +17dBmにおける出力スペクトル(赤線は11gのスペクトルマスク要件) (A3:A0 = 1010、D6:D3 = 0011、D2:D0 = 010)

Figure 5. Output spectrum at +15dBm (red line denotes 11g spectral mask requirements). (A3:A0 = 1010, D6:D3 = 0011, D2:D0 = 010)

図5. +15dBmにおける出力スペクトル(赤線は11gのスペクトルマスク要件) (A3:A0 = 1010、D6:D3 = 0011、D2:D0 = 010)

Figure 6. MAX2831 output power, supply current, and EVM with register settings optimized for +12dBm and +9dBm. (A3:A0 = 1010, D6:D3 = 0011, D2:D0 = 001)

図6. +12dBmと+9dBm用にレジスタ設定が最適化された、MAX2831の出力電力、消費電流、およびEVM (A3:A0 = 1010、D6:D3 = 0011、D2:D0 = 001)

Figure 7. Test setup diagram for the MAX2831 wireless LAN transceiver.

図7. MAX2831ワイヤレスLANトランシーバのテストセットアップ図