射频实战—功放模块的设计

今天看到一个需求，因为时间的原因没有做，简单看了一下这个需求，看到还是有点设计内容的，在此发出来和大家一起分享学习。

工作频率：100MHz～1000MHz；

增益：≥47dB@47dBm；

增益平坦度：≤±2dB；

输出P1dB功率：≥45dBm；

输出饱和功率：≥47dBm；

增益调节范围：≥20dB，步进0.25dB；

输入驻波：≤1.5:1

一、需求分析

拿到一个需求第一步就是分析这个需求，难点是什么，需要怎么做。

这个需求看下来有几个难点

1.工作频率100-1000MHz，频率跨了10个倍频程，一般情况下，1个倍频程6dB不平衡，10个倍频程，增益平坦度是一个设计难点。

2.增益调节范围20dB，步进0.25dB。这个需要设计一个数控衰减器在电路中，如果要求是数控还得增加一个单片机，如果需要模拟控，责简单很多。

3.输入驻波要求1.5，对于功放来说，1.5的驻波其实比较难做，好在可以通过加器件去实现和改善。

二、方案设计

发射链路主要就是增益分配和功率分配，功率从末级往前级到，考虑设计冗余，末级功率一般要选择大于49dBm以上，一般PA的增益都在17左右，所以整个发射电路需要三级驱动。    

将数控衰减器放在第一级可以改善输入驻波。

三、器件选型

完成方案的框架设计，然后就是器件选型了，根据设计方案可以知道，第一级选择一个LNA就可以满足设计需求，如果增益不平，可以加一个负反馈调整增益平坦度。典型的GAILI-5

第二级，功率已经达到30dBm，是一个小功放了，LDMOS在这个频率增益特别不平坦，很难调平，几年前最难的功放就是用LDMOS做跨倍频程的功放设计了，各种巴伦阻抗变换，前后的匹配，每一级调出来都是一部血泪史。

好在现在GAN下限到了低频段了，很多国产的功放厂家都可以做到100-1000MHz的内匹配设计了，所以为了调试简单及方便，第二级选择GAN的PA，选择一个p1大于30dBm的功放，考虑设计容量和线性，一般要选择大于34dBm以上的功放（如果峰均比高，功率需要更大）。国产的也很多。    

第三级，第三级是正宗的大功率设计，由于第二级已经采用了GAN，电路中引进了负压，所以为了减少设计逻辑的简单性，末级也采用GAN的功放。    

数控衰减器，要求大于20dB，步进0.25dB。

四、电路设计

上面的所有步骤就完成了这个功放的原理设计，但是对于一些细节仍需要去完善。

1.功放的保护，一般到了10W以上的功放都要做开短路保护，即使不提，作为工程师的我们也不能忘记。

2.温度保护，这种功放一般也要做温度检测和温度保护。

3.功放的上电时间设计，一般对于通信的功放对功放的爬坡时间都有要求，对于具体要求具体设计功放的上电。    

4.功放有没有峰均比设计

5.功放的结构散热，这么大功率散热也是一个必须考虑的问题。

6.电源设计。

7.布板设计，增益大于45dB以上必须考虑电路会不会形成环路自激，布局摆放的时候要注意电路的走向，电源的走向。

总结

功放设计属于射频中重要的一环，学会增益分配设计和功率分配是功放入门的基本要求，真正的难度在于功放的调试和对功放细节的完善。

祝好！