BRO394_12B_SCH.pdf

应用
• WiMAX、WCDMA
和 LTE 基站接收器
超低噪声放大器 (LNA)
• WLAN 企业接入点
接收器
可用于样机或批量生产的 LNA,现货供应充足
• GPS 接收器
Skyworks Solutions 提供了一系列超低噪声、高线性度低噪声放大器,可现货供应,能立即
满足您要求苛严的应用需求。
• 公共安全无线电
• 测试和测量仪器
• ISM 频段接收器
• 军事通信
• 智能能源
特点
• 噪声系数出色
(低至 0.50 dB)
• 三阶交调截取点高
• 稳定性优异
• 封装外形小巧
• 宽带设计
• 供电电流低
• 效率高
• 增益响应平坦
• 单级和双级设计
假晶高电子迁移率晶体管 (pHEMT) 线性 LNA
超低噪声 SKY67100、SKY67101 和 SKY67102 属于 LNA 系列,该系列频率范围为
400–2800 MHz,使用相同的封装和应用布局。这些器件采用共源共栅架构,具有卓越的
效率和出色的线性度、带宽和超低噪声系数。典型的偏置条件是 VDD = 4 V 和 IDS = 55 mA,
可以在 400–2800 MHz 频段产生 17 dB 增益。这些器件的关键特性是主动式反转隔离度
高,因此可以轻松实现输入和输出阻抗匹配以及 18 GHz 或更高频率的无条件稳定性。
此外,器件采用完全集成的有源偏置电路,只需一个正电压,从而将必需的外部组件数
目降至最低。
对于要求较低的应用,可以选用低成本和低增益的 SKY67014-396LF。其具有 <1.0 dB
的噪声系数、12 dB 的增益、15 dBm 的 OP1 dB,且在 3.3 V 电源的作用下仅消耗 5 mA
电流。使用 15 mA 电源电流,在 2.5 GHz 时可以取得 26 dBm 的 OIP3。由于采用集
成的有源偏置电路,便降低了外部匹配要求,并且能实现 1.8 到 5 V 的宽幅电源电压
和在 1500–3000 MHz 宽频范围上工作。对于性能相似的低频工作,Skyworks 现提供
SKY67012-396LF (300–600 MHz) 和 SKY67013-396LF (600–1500 MHz)。所有这些部
件是高灵敏度电池操作接收器的理想之选。
线性度较高的 SKY6700X 系列包含三类器件,频率范围为 700-3000 MHz。这些共源
共栅 pHEMT 器件实质上就是 SKY67101、SKY67100 和 SKY67102 器件的较高功率版
本,但还添加了低电流断电针脚。这些部件使用较大的 FET 器件,因此非常适合在高达
+100 °C 的高温环境下工作,并提供 > 39 dBm 的 OIP3。
高增益 SKY67105、SKY67106 和 SKY67107 器件利用低
噪声 pHEMT 输入级和 InGaP 或 pHEMT 输出级的最佳特
性获得出色的噪声系数和高线性度。这两项电路级设计
实现了出色的隔离度和稳定性以及约 35 dB 的高增益。
凭借它们超高的反向隔离度,这些器件可以在 24 GHz 及
以上的频率下保障绝对稳定工作。
WiFi LNA
Skyworks 针对多个 WiFi 市场提供不同种类的 LNA,应
用范围包括接入点、网关和路由器以至电话和平板电
脑。SKY65404-31 是一款外形小巧、高度集成的 LNA,
具有业内领先的 5 GHz 频段低噪声系数,非常适合需
要高灵敏度接收器的应用。2.4 GHz 频段对应的器件是
表 1. 适合蜂窝式基础架构、GPS、宽带、ISM 频段和 WLAN 应用的 LNA
VDD (V)
(工作
范围)
IDD (mA)
(工作
范围)
封装
(mm)
19
4
(3.3–5.0)
56
(20–90)
DFN 8L
2 x 2 x 0.75
34
18.5
4
(3.3–5.0)
56
(20–90)
DFN 8L
2 x 2 x 0.75
0.8
33.8
15
4
(3.3–5.0)
50
(20–90)
DFN 8L
2 x 2 x 0.75
17.5
0.6
40.5
21
5
(3.3–5.0)
100
(50–120)
DFN 8L
2 x 2 x 0.75
1850
17.5
0.65
39.5
20
5
(3.3–5.0)
95
(50–120)
DFN 8L
2 x 2 x 0.75
2.0–3.0
2600
17.5
0.88
39
19.7
5
(3.3–5.0)
100
(50–120)
DFN 8L
2 x 2 x 0.75
蜂窝基础架构
0.6–1.1
850
37
0.7
41
26
5
(3.5–5.0)
138
(120–155)
QFN 16L
4 x 4 x 0.90
SKY67106-306LF
蜂窝基础架构
1.5–3.0
1950
35
0.65
37
24
5
(3.5–5.0)
100
(80–125)
QFN 16L
4 x 4 x 0.90
SKY67107-306LF
蜂窝基础架构
2.3–2.8
2600
32
0.85
37.5
18.5
5
(3.5–5.0)
125
(50–145)
QFN 16L
4 x 4 x 0.90
SKY67012-396LF
通用
0.3–0.6
450
16.5
0.85
24
14
3.3
(1.8–5.0)
15
(5–30)
DFN 8L
2 x 2 x 0.75
SKY67013-396LF
通用
0.6–1.5
900
14
0.85
26
15.5
3.3
(1.8–5.0)
15
(5–30)
DFN 8L
2 x 2 x 0.75
SKY67014-396LF
通用
1.5–3.0
2450
12
0.95
18
16
3.3
(1.8–5.0)
5
(5–30)
DFN 8L
2 x 2 x 0.75
SKY65404-31
5.8 GHz WLAN
和 ISM 频段
4.9–5.9
5800
13
1.2
20
9
3.3
(2.8–5.0)
11
(10–15)
DFN 6L
1.5 x 1.5 x 0.45
SKY65405-21
2.4 GHz WLAN
和 ISM 频段
2.4–2.5
2450
15
1.1
24
15
3.3
(2.8–5.0)
12
(10–16)
DFN 6L
1.5 x 1.5 x 0.45
应用
频率范围
(GHz)
测试频率
(MHz)
增益
(dB)
NF
(dB)
OIP3
(dBm)
OP1 dB
(dBm)
SKY67101-396LF
蜂窝基础架构
0.4–1.2
900
17.5
0.57
34
SKY67100-396LF
蜂窝基础架构
1.2–2.3
1950
17.5
0.7
SKY67102-396LF
蜂窝基础架构
2.0–3.0
2600
17.2
SKY67001-396LF
蜂窝基础架构
0.6–1.2
900
SKY67002-396LF
蜂窝基础架构
1.6–2.1
SKY67003-396LF
蜂窝基础架构
SKY67105-306LF
我们的应用工程师团队可以随时帮助您进行设计工作。
如要获取应用注解和方块图,请访问 Skyworks 的网站:
www.skyworksinc.com。
应用包括 GSM、WCDMA 和 LTE 调制方案的高性能蜂
窝基础架构基站接收器,以及 300–3000 MHz 频率范围
上的其它高性能 LNA 应用。这些设备采用 2 x 2 毫米、
8 针、塑料 DFN 封装或 4 x 4 毫米、16 针 QFN 封装,
提供卓越的热性能。
我们的放大器解决方案体现了 Skyworks 高超的设计水平、
雄厚的技术力量、精湛的制造工艺和卓越的产品质量。
表 1 是高品质 Skyworks LNA 的清单。我们还提供评估板。
SKY65405-21,匹配的噪声系数为 1.1 dB。二者都采用
1.5 x 1.5 x 0.45 毫米 QFN 封装,必需的外部组件少,
易于使用,有利于产品的快速上市。
部件号
新产品
Skyworks Green™ 产品符合所有适用的材料法规并且不含卤素。更多信息,请参考 Skyworks Green™ 定义,文档编号 SQ04-0074。
超外差式无线电接收器
优化电路设计
I/Q ஊࢯ໭
ᒦຫ (LF)
हࡍ໭
ၫᔊ૥ຫ
ၒ߲
஻ስጴᒜNj
ቧࡸኡᐋ
൉݆໭
ᒦຫ (LF)
൉݆໭
ࢅᐅဉ
हࡍ໭
(LNA)
以特定阻抗(Zopt,一般不超过 50 Ω)驱动时,低噪声
放大器将生成最低的噪声系数。从任何其它阻抗驱动
时,噪声系数将变差。由于大多数无线电接收器的特性
阻抗 (Z0) 是 50 Ω,所以电路设计人员必须提供输入阻抗
匹配网络,将 Z0 转换为 Zopt。由于此阻抗匹配网络是低
噪声放大器的输入,它的损耗将大大影响级联 NF,所以
设计人员必须在最佳阻抗匹配和 NF 性能之间权衡,同时
要特别注意匹配网络中每个组件的品质因数。
ᐐፄ఼ᒜ
૥ຫ (BB)
൉݆໭
DŽ࢒ጙDž
‫࢐۾‬ᑩ࡬໭
(LO)
“Q” ADC
DŽ࢒औDž
‫࢐۾‬ᑩ࡬໭
(LO)
图 1. 典型超外差式无线电接收器方块图
应用
通常,无线电接收器(如图 1 所示的超外差式接收器)
必须能在存在外部接收信号以及内部产生的噪声和失真的
条件下处理微弱信号。设计精良的接收器必针对所接收信
号实现最佳灵敏度,并且内部产生的噪声和失真最小。
为使接收器具备最佳灵敏度,级联内产生的失真乘积必
须降至最少,同时尽量降低噪声系数。在大多数系统
中,失真性能通过级联的三阶交调截取点 (IP3) 描述,计
算公式如下:
接收器产生的噪声以噪声因数 (F) 或噪声系数 (NF) 表示。
级联组件的噪声系数按以下公式计算
IP 3 casc =
F casc = F 1 +
F −1
F 2 −1 F 3 −1
+
+ ... + n −1n
G1
G 1G 2
∏G N
N =1
其中
Gn = n 级增益,用比率表示(不以 dB 为单位)
Fn = n 级噪声因数,用比率表示(以 dB 为单位)。
F 是每级的输入信噪比与输出信噪比之比
噪声系数为 F,以 dB 为单位
NF = 10 log (F)
级联噪声因数的方程式显示,最靠近级联输入一级的噪
声性能决定了整个级联噪声系数的下限,必须要降低该
值以优化接收器灵敏度。此外,第一级的增益也对其后
各级的噪声大小有极大影响。
1
1
1
1
+
+
+ ... +
IP 3 n IP 3 n −1 × G n IP 3 n − 2 × G n × G n −1
Skyworks 在网站 (www.skyworksinc.com) 上提供了一些
应用注解,其中提供了每款 LNA 产品在多种频段的推荐
电路设计。重要的考虑因数包括(但不限于)和噪声系
数及失真性能匹配的最佳阻抗、工作电流的选择以及振
荡预防等。
1
n
IP 31 × ∏ G N
SKY67100、SKY67101 和 SKY67102 的特色:
对于分立低噪声晶体管来说,产生最佳噪声系数 (Zopt) 的
源阻抗通常与能够实现最佳阻抗匹配的值相差较大:
有源设备的共轭阻抗会生成复杂的共轭输入反射系数,
S11 共轭。这会导致难以在可接受的 NF、增益和输入回波
损耗之间取得权衡。
SKY6710X 单片微波集成电路 (MMIC) LNA 设计的 Zopt 和
S11 共轭几乎相等。因此,电路设计人员可以同时达到出
色的 NF、增益和输入回波损耗。
SKY67100 标准应用电路针对 1700 到 2000 MHz 频段范
围进行了性能优化,如图 2 和 3 中的性能图所示。
0
工作电流(IDS) 以及匹配的输出阻抗和 LNA 架构对 IP3 性
能的影响很大。上文提及的应用注解中也包含了这些参
数的最佳推荐值。
稳定性在任何放大器设计中都非常重要。Skyworks 提供
所有 LNA 产品的完整稳定性数据(高达 18 GHz),以及
为预防振荡而提供的印刷电路板设计建议。
+25 °C
+85 °C
–40 °C
–5
–10
–15
–20
–25
–30
N =1
–35
1.70
1.75
1.80
其中
Gn = n 级增益,用比率表示(不以 dB 为单位)
1.90
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
+25 °C
+85 °C
–40 °C
0.1
0
1.70
1.75
1.80
1.85
1.90
ຫൈ (GHz)
IP3
IP3 (dBm) = 10 log 10 –3
2.00
1.0
0.2
通常,无线电接收器的 IP3 以 dBm 表示(相对于 1 mW
的 dB 值),如下所示:
1.95
图 2. 窄带输入回波损耗与频率的关系
(SKY67100)
IP3n = n 级的三阶交调截取点,以瓦特表示(不以 dBm 为
单位)。IP3 是理论功率电平,在该电平下,所需信
号的功率等于三阶失真产物的功率。
此外,IP3 也可以指级的输入功率电平,此时我们称之为
输入三阶交调截取点 (IIP3);也可以指级的输出功率电平,
此时称之为输出三阶交调截取点 (OIP3)。在执行级联分析
时,需使用级联中每级的 IIP3 或 OIP3。
1.85
ຫൈ (GHz)
ᐅဉᇹၫ (dB)
ሆ‫ܤ‬ຫ
૘ຫ໭
“I” ADC
ၒྜྷૄ݆Ⴜ੒ (dB)
ᄖሣ
图 3. 噪声系数与频率的关系
(SKY67100)
1.95
2.00
该设计提供了卓越的 LNA 性能,并且不会影响其他方面
的表现。图 4 所示的 SKY67100 应用原理图表明其匹配要
求非常简单,此系列的 LNA 全部使用相同的应用布局。
C3
0.1 µF
VDD
dBm
C8
1000 pF
R1
1200 Ω
C6
1000 pF
C1
15 pF
RF ၒྜྷ
L1
4.3 nH
C2
9 pF
OIP3 (5 V)
×
1
2
3
4
N/C
RFIN
RFGND
VIN
N/C
RFOUT/VDD
N/C
नౣ
8
7
6
×
L2
3.0 nH
C5
22 pF
RF ၒ߲
C4
2.2 pF
×
5
29
28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
17
OIP3 (3.3 V)
OIP3 (2.7 V)
OIP3 (1.8 V)
白皮书、应用注解、发表的文章
有关其他信息,请参阅以下内容:
白皮书
发表的文章
用于基础架构接收器的超低噪声放大器设计
进行精确的低于 1 dB 噪声系数测量(第 1 篇:噪声概念)
具有超低噪声系数、高线性度的高增益放大器
进行精确的低于 2 dB 噪声系数测量(第 1 篇:测量)
Skyworks 去嵌入散射参数
5
10
15
20
30
25
IDDQ (mA)
R2
220 Ω
图 5. 2.45 GHz 时的 OIP3 与 IDDQ
SKY67014-396LF
S1944
应用注解
SKY65050-372LF:低噪声放大器工作
适合不同频段的 SKY65047-360LF 匹配电路
图 4. SKY67100-396LF 评估板原理图
SKY67105、SKY67106 和 SKY67107 的特色:
SKY67001、SKY67002 和 SKY67003 的特色:
该系列包含 SKY67001、SKY67002 和 SKY67003 共源共栅
e-pHEMT LNA。这些器件是 SKY6710X 的较高功率版本,
且具有更高的压缩和截取点 (OIP3 > 39 dBm)。这些部件使
用较大的 FET 器件,可以在最大信道时保持极低温度下工
作,因此非常适合在高达 100 摄氏度的条件下工作。这些
器件可以在 24 GHz 及以上的频率下保障绝对稳定工作。
高增益、高线性度的 LNA,具有出色的隔离特性。利用
e-pHEMT 共源共栅第一级和 InGaP HBT 输出级上的
e-pHEMT,可以提供高增益(通常为 35 dB)。它们使用
pHEMT 输入级实现 < 0.8 dB 的典型噪声系数,使用输出级
获得高线性度 (OIP3 > 37 dBm)。凭借出色的隔离特性,
这些器件可以在 24 GHz 及以上的频率下绝对稳定工作。
40
SKY67012、SKY67013 和 SKY67014 的特色:
这个全新的高效、高性价比和高性能 LNA 系列现在包含
三种器件,具有广泛的市场应用需求,SKY67014 只是其
中之一。现提供涵盖 300 至 600 MHz 的 SKY67012-396LF
和涵盖 600 到 1500 MHz 的 SKY67013-396LF。该系列
的所有器件均使用通用的封装和应用布局。器件封装为
2 x 2 毫米、8 针脚、塑料 DFN。
25 °C
85 °C
39
38
37
OIP3 (dBm)
SKY67014-396LF 是这个低成本、高性能 pHEMT LNA 系列
的第一款器件。该器件提供 < 1.0 dB 的噪声系数,易于匹
配,能在 >24 GHz 时保持绝对稳定,而且还有灵活的偏置
选项。根据不同的应用线性度要求,该器件可以在 1.8 到
5.0 伏 VDD 值和 5 到 30 mA IDDQ 值下工作。SKY67014 专用
于 1500 到 3000 MHz 宽频范围。
-40 °C
36
35
34
33
32
31
30
2.30 2.35 2.40 2.45 2.50 2.55 2.60 2.65 2.70 2.75 2.80
ຫൈ (GHz)
图 6. 温度变化时的 OIP3 与频率
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Santa Clara
၅ऑ
۱ய
ࣁய
Newbury Park
࿟਱
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Mexicali
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Woburn (ᔐ‫)ݝ‬
Adamstown
Greensboro
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გ۱
࿾ᚆ
ቤଝຸ
ሾ၉‫ࠀူێ‬
࿸ଐᒦቦ
৔‫ޣ‬
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