本文叙述USB供电5.8 GHz RF LNA具有输出电源保护的性质，以及运作时的电路功能变化与优势。

电路功能与优势

国际电信联盟（ITU）分配了免许可的5.8 GHz工业、科学和医学（ISM）无线电频段供全球使用。随着无线技术和标准的进步，以及最低的法规合规要求，使此频段在短距离无线通讯系统中颇受欢迎。

因为可用的通道数量和频宽，短距离数位通讯应用（例如Wi-Fi）更倾向於使用5.8 GHz频段。虽然传输范围比2.4 GHz频段要短，但其提供150 MHz频宽，可支援高达23个非重叠Wi-Fi通道。其他常见用例包括软体定义无线电、无线接入点、公共安全无线电、无线中继器、家用微型基地台、长期演进技术（LTE）/微波存取全球互通（WiMAX）/4G、收发器基地台（BTS）基础设施。

此种设计尺寸小巧，提供高增益、可靠的过功率监测和保护，对於面临讯号强度低，或覆盖范围小的ISM频段应用来说，这是一项附加优势。

图1所示的电路来自高性能RF接收器系统，具有+23 dB增益，优化之後，支援采用5.8 GHz中心频率。其输入未经滤波，保持2 dB杂讯系数，但输出端配有带通滤波器，会衰减带外干扰。

该电路中包含高速过功率检测器和开关，用於保护连接至接收器系统的下游敏感设备。当RF功率位准下降到可接受范围内时，接收器系统也会自动恢复正常运作。RF输入和输出是标准的SMA连接器，整个设计由一个微型USB连接器供电。

图1 : EVAL-CN0534-EBZ 简化功能框图

电路描述

RF低杂讯放大器（LNA）

HMC717A 为一款砷化??（GaAs） PHEMT、单晶片微波积体电路（MMIC） LNA，适用於工作频率为4.8 GHz至6.0 Ghz，适合多种讯号通讯协定（例如ISM、MC-GSM、W-CDMA和TD-SCDMA）的後端接收器。

如图2所示，在其RF工作频段内，HMC717A具有14.5 dB增益。杂讯系数为1.1 dB，放大器由一个5 V电源供电，总电源电流为68 mA。为了实现23 dB总增益，将两个HMC717A放大器串联。HMC717A提供1.1 dB杂讯系数、27 dBm 3阶截取点（IP3）和15 dB压缩点（P1dB），适用於第一级LNA，也适用於中间增益级。

图2 : HMC717A 宽频增益（S21）和回波损耗（S11）与频率的关系

LNA 阻抗匹配

如图3所示，HMC717A的RFIN（接脚2）和RFOUT（接脚11）接脚是单端接脚，在4.8 GHz至6.0 GHz频率范围内具有50Ω标称电阻，允许HMC717A直接连接至50Ω端接系统，无需使用额外的阻抗匹配电路。

RFOUT具有整合式隔直流电容，所以无需在第二级采用外部电容，支援在不使用外部匹配电路的情况下以背靠背的方式将多个HMC717A放大器串联在一起。唯一的要求是，第一级的RFIN必须与1.2 pF电容交流耦合。

图3 : 用於串联 HMC717A 放大器的基本连接

带通滤波器

LNA输出透过带通滤波器进行过滤。如图4所示，该滤波器的通带范围为5400 MHz至6400 MHz，典型的回波损耗为14.7 dB，在5.8 GHz中心频率下的??入损耗为1.6 dB。

图4 : 带通滤波器的典型电气性能：??入损耗（S21）和回波损耗（S11）

过功率保护

相对较低的功率位准会损坏敏感电路。例如AD9363收发器的RF输入的绝对最大功率位准为+2.5 dBm。CN0534包含一个过功率保护，当功率位准下降到可接受范围内时，运行自动重定电路，如图5所示。

图5 : RF 衰减器和功率检波器保护框图

RF功率检波器和自动重定电路

ADL5904为一款RF功率检波器，工作频率范围是DC至6 GHz。建议在ADL5904的输入端配备一个470 nF交流耦合电容和一个外部82.5Ω分流电阻，以提供宽频段输入匹配。

ADL5904使用内部RF包络检波器和使用者定义的输入电压，根据RF输入功率位准提供可编程的??值检测功能。当来自RF包络检波器的电压超过VIN?接脚上使用者定义的??值电压时，内部比较器将事件锁存到触发器上。超过使用者编程??值的RF输入讯号至输出锁存的回应时间为极快的12 ns。锁存事件保持在触发器上，直至对RST接脚施加复位脉冲。

CN0534带通滤波器的输出功率位准由一个耦合因数为+13 dB整合薄膜耦合器采样，并转发到ADL5904的RFIN接脚。ADL5904在VIN?上的??值位准由一个电阻分压器设定，值设定为约32 mV，相当於在未经校准的情况下，在5.8 GHz下运作时的?9 dBm??值功率，如ADL5904产品手册所示。结合耦合器和RF衰减器在0 dB状态下的损耗，输出保持在对敏感元件而言是安全的水准下。

如果需要更高的过功率??值精度，可以在多个频率下执行简单的校准程式，以补偿系统内元件之间的差异。关於校准程式的资讯，请叁见ADL5904产品手册。

在正常运作期间，ADL5904的Q输出使LTC6991可编程低频率计时器保持重定模式。发生过功率事件时，LTC1991启用，并且开始4 ms延迟。ADL5904在4 ms後复位，对功率位准重新采样。如果过功率状态持续，ADL5904再次断路，衰减器保持在?20 dB状态。衰减器控制讯号被延迟，在对功率位准重新采样期间，其将持续保持?20 dB状态。如果过功率情况消除，衰减器恢复到0 dB状态，恢复正常工作，如图6所示。

图6 : 自动重试电路功能框图

RF衰减器

HMC802A为一款宽频双向1位元GaAs IC数位衰减器。该元件在旁路模式下，在5.8 GHz频率下具有1.5 dB低??入损耗，启用时具有20±0.6 dB准确衰减。由一个5 V电源供电，IP3为+55 dBm，衰减控制讯号相容CMOS/TTL。虽然RF开关通常用於过功率保护应用，但在5.8 GHz下，HMC802A的20 dB衰减要优於大多数RF开关的关断隔离状态。

如图7所示，在5.8 GHz中心频率下，该元件在旁路模式下的典型??入损耗为1.5 dB。图8显示在5.8 GHz中心频率下，衰减模式下的隔离系数为?20.5 dB。

图7 : 旁路模式下时，HMC802A 的典型??入损耗和输入回波损耗性能

图8 : 衰减模式下时，HMC802A 的典型??入损耗和输入回波损耗性能

组合来自带通滤波器、耦合器和来自RF衰减器的??入损耗，在5.8 GHz中心频率下，在正常工作条件下，RF衰减器输出端的总??入损耗约为3 dB，在衰减模式下时，约为21.5 dB。

保护结果

使用图9所示的设定测试过功率保护功能。RF讯号产生器的输出频率设定为5.8 GHz，CN0534的输入功率从?30 dBm增加到?20 dBm。CN0534的输出功率由ADL6010高速包络检波器监控，该检波器提供从过功率事件到输出功率衰减的回应时间的精准测量值。

图9 : RF过功率响应测试的简化框图

一旦触发，检波器锁存在250 Hz的频率下重定，如果输出功率下降到低於2.5 dBm，则输出开关启用。开关致能讯号被延迟，以确保其不会在过功率情况仍然存在时被确认。结果如图10和图11所示。

图10 : 典型的过功率保护回应时间

图11 : 超载保护状态後，典型的恢复时间

USB电源管理

升压转换器

图12显示EVAL-CN0534-EBZ功率树，其透过微型USB介面，从5 V电源消耗1.1 W功率。

图12 : CN0534系统功率架构

LT8335为一款电流模式DC/DC转换器，能够利用单一回??接脚产生正或负输出电压。其可以配置为升压、SEPIC或反相转换器，消耗低至6μA静态电流。在典型应用中，低涟波Burst Mode可在低输出电流时保持高效率，同时使输出涟波保持在15 mV以下。内部补偿电流模式架构可在宽输入和输出电压范围内稳定工作。整合软启动和频率折返功能可在启动期间控制电感电流。若需配置LT8335提供5.6 V输出，则所需的基本连接如图13所示。

输出电压透过输出端和FBX接脚之间的电阻分压器进行编程。根据公式1选择电阻值，以提供正输出电压：

R1=R2 x （V_out / 1.6 -1） (1)

超低杂讯线性稳压器

图13 : LT8335 5.6V 输出框图

ADM7150为一款超低杂讯高PSSR RF线性稳压器，使用5 V输出尽量增大HMC717A的增益。

ADM7150为一款低压差线性稳压器，在固定输出电压选择下，在100 Hz到100 kHz范围内提供1.0 μV rms典型输出杂讯，在10 kHz以上提供<1.7 nV/??Hz杂讯谱密度，如图14所示。

图14 : 不同旁路电容（CBYP）下的杂讯谱密度与频率

ADP150 用於为功率检波器和自动重试电路产生3.3 V电压。如图15所示，其为一个高性能低压差线性稳压器，具有超低杂讯和超高PSRR架构，用於为杂讯敏感型RF应用供电。

图15 : ADP150 PSSR 与频率的关系

常见变化

为了实现更宽的工作频宽，可以使用HMC8411取代RF LNA。HMC8411为一款低杂讯宽频放大器，工作频率范围为0.01 GHz到10 GHz。其提供15.5 dB典型增益、1.7 dB典型杂讯系数和34 dBm典型输出3阶截取点功率（OIP3），采用5 V电源电压时功耗仅为55 mA。HMC8411还具有内部匹配50 Ω的输入和输出，非常适合基於表面黏着技术（SMT）的高容量微波无线电应用。

HMC550A可用於取代RF开关。其为一款低成本单刀单掷（SPST）故障安全开关，用於需要低??入损耗和低电流消耗的应用。这些元件可控制频率范围为DC至6 GHz的讯号，尤其适合IF和RF应用，包括RFID、ISM、汽车和电池供电标签和笔记型电脑。

ADL6010可以用於包络检波器替代元件，为一款快速回应、45 dB范围、0.5 GHz至43.5 GHz包络检波器。ADL6010多功能微波频谱宽频包络检波器，采用简单的6接脚封装，提供极低的功耗（8 mW）。该元件输出的基频电压与射频（RF）输入讯号的暂态幅度成正比。其RF输入具有非常小的斜率变化，以便包络从0.5 GHz到43.5 GHz的输出转换函数。

电路评估与测试

以下部分概述评估 CN0534 性能的一般设定。

设备要求

· EVAL-CN0534-EBZ叁考设计板

· 一个RF讯号源（R&S SMA100B）

· 一个讯号源分析仪（Keysight E5052B SSA）

· 一个网路分析仪（Keysight N5242A PNA-X）

· 一根SMA至SMA电缆

· 一根micro USB至USB电缆

· 5 V交流/直流USB电源转接器

测试设定

图16 : 相位杂讯和 SFDR 测试设定框图

要测量图16所示的相位杂讯和SFDR，请执行以下步骤：

1.按如下步骤设定讯号源的测量配置：

--为了执行SFDR测量，设定中心频率 = 5.8 Ghz，频率范围 = 5.79 GHz至5.81 GHz，RF幅值 = 10 dBm。

--为了执行相位杂讯测量，设定中心频率 = 5.8 Ghz，偏移频率范围 = 10 Hz至30 MHz。如果设备可以处理放大器输出（0 dBm输入时约为20 dBm），请叁考讯号源分析仪产品手册上的最大输入位准。如有必要，将衰减器连接到讯号源分析仪的输入。

2.将讯号源产生器的功率位准设定为 0 dBm，中心频率设定为 5.8 GHz。

3.使用 micro USB 电缆和额定功率大於 500 mW 的 5V 电源转接器为 EVAL-CN0534-EBZ 供电。

4.将讯号产生器的输出连接到 EVAL-CN0534- EBZ 的 RF 输入（J2）。

5.将 EVAL-CN0534-EBZ 的 RF 输出（J1）连接到讯号源分析仪。

6.在讯号源分析仪上执行测量运作。

图17 : S 叁数和杂讯系数测试设置框图

要测量图17所示的S叁数和杂讯系数，请执行以下步骤：

1.将向量网路分析仪设定为所需的测量条件，采用以下设定：

--为了执行S叁数测量，设定频率范围 = 4.8 GHz至6.8 GHz。

--为了执行相位杂讯测量，设定频率范围 = 5.3 GHz至6.8 GHz。

2.使用校准套件对向量网路分析仪执行完整的 2埠校准。请注意，EVAL-CN0534-EBZ 的 RF输入（J2）可以直接连到测试埠，因此测试设定仅需要一根测量电缆。

3.使用 5 V 电源转接器和 microUSB 电缆为EVAL-CN0534-EBZ 供电。

4.使用校准的测试设定将 EVAL-CN0534-EBZ 连接在向量网路分析仪的测试埠上。

5.将测量值设定为所需的 S 叁数。

6.在向量网路分析仪上执行自动缩放功能。如果需要可调整比例。

RF性能

EVAL-CN0534-EBZ在5.8 GHz中心频率下，将RF讯号输入放大约+23 dB增益，回波损耗为?15 dB。图18和图19显示EVAL-CN0534-EBZ的增益和回波损耗。

图18 : EVAL-CN0534-EBZ 增益与频率的关系

图19 : EVAL-CN0534-EBZ 输入回波损耗与频率的关系

5.8 GHz时的单侧带相位杂讯，如图20所示。

图20 : EVAL-CN0534-EBZ在5.8 GHz下的单侧带相位杂讯与偏移频率的关系

图21显示窄频单音RF输出，SFDR约为78 dBFS。

图21 : EVAL-CN0534-EBZ在5.8 GHz时的窄频单音RF输出

图22显示相应的杂讯值与频率的关系，在5.8 GHz中心频率下约为2 dB。

图22 : EVAL-CN0534-EBZ 杂讯系数与频率的关系