Atheros对Ralink，看WiFi产品的射频电路设计

成无非就是一颗芯片配上几颗外围的器件，但是在大功率的场合，几乎不会有人用集成电路去做功率放大，一般都是用分立元件设计出来的，晶体管或场效应管。在我们目前的所有设计中，功率放大器都是用集成电路来实现的。如图3-1所示，是通常的功率放大器的设计框图。

图3-1 功率放大器的框图

功率放大器的设计会考虑很多参数，但主要分为三类：增益，噪声，非线性。增益，和最终的输出功率有关，噪声和非线性关系着信号质量。

我在这里把功率放大器（在本章的以下内容中简称功放）分为以下几个部分进行讨论：功放芯片的选择，功放芯片的供电，输入回路，输出回路，功率检测，增益控制，温度检测。

3.1.1. 功放芯片的管脚

功放芯片属于微波功率器件的范畴，图3-2给出了一个典型的功放芯片的原理图符号，包括以下管脚：

VCC 主电源供电管脚

VC1 一级功率放大供电管脚

VC2 二级功率放大供电管脚

RFIN 射频信号输入管脚

RFOUT 射频信号输出管脚

GAIN_1 增益控制管脚之一

GAIN_2 增益控制管脚之二

POWER_DETECT 内建功率检测输出管脚

图3-2 典型的功放芯片

值得注意的是，GAIN_1和GAIN_2是来自收发器（Transceiver）的控制信号，是直流电压，POWER_DETECT是功放芯片输出的发射功率检测值，也是直流电压，而RFIN和RFOUT是最重要的射频信号管脚。

3.1.2. 功放芯片的主要厂商

在市场上的产品中，功放芯片的供应商基本上就是这四家：SiGe，SST，Microsemi，Richwave，表3-1，表3-2给出了几个实际项目中所采用的功放芯片的型号。

表3-1 Atheros的设计中采用的功放芯片

表3-2 Ralink的设计中采用的功放芯片

通过以上表格，我们很容易发现，Atheros很喜欢Microsemi的芯片，而Ralink则比较喜欢Richwave和SST的，在BCM4323这个项目中，使用的功放芯片是SiGe的，在AP96现在的设计中，使用的也是SiGe的Frontend Module。

3.1.3. 功放芯片的主要参数

功放芯片的选择是一个复杂的过程，在实际的选择过程中，我们一般会考虑如下的几项参数：

工作频率

小信号增益

最大线性输出功率

1dB压缩点输出功率

误差向量幅度（EVM）

相邻信道功率比（ACPR）

噪声系数

是否内建功率检测功能

是否内建增益控制功能

供电电压

消耗的电流

以上的这些参数，并不是在每颗功放芯片的Datasheet中都会完整给出，有些Datasheet只能给出部分参数。各项参数的意义想必大家都很清楚，我在这里就不做过多的解释了。一个典型的功放芯片的Datasheet（片段）如下：

2.3-2.5GHz Operation

Single Positive Supply Voltage Vcc = 3.3V

Power Gain ~ 27dB

Quiescent Current ~ 90mA

EVM ~ -30dB at Pout = +19dBm

Total Current ~ 150mA for Pout = +19dBm

Pout ~ +26dBm for 11g OFDM Mask Compliance

Total Current ~220mA for Pout = +23dBm 1 Mbps DSSS

On-Chip Input Match

Simple Output Match

Robust RF Input Tolerance > +5dBm

Small & Low-Cost 3x3x0.9mm3 MLP Package

Cost Reduction over LX5510, LX5510B

从以上的叙述中我们了解到，这颗功放芯片的工作频率是2.3-2.5GHz，采用3.3V单电源供电，静态工作电流是90mA，19dBm功率输出时，EVM的值是-30dB，等等。

功放芯片的性能很重要，当然，在满足性能的前提下，我们会选择最便宜的

3.2. 功放芯片的供电

图3-2展示的一般功放芯片有三个电源管脚，分别是VCC，VC1，VC2，其中的VCC是主电源供电，VC1是芯片内部第一级放大的供电，VC2是芯片内部第二级放大的供电。这里有个很重要的问题需要注意，VC1和VC2 不是简单的供电管脚，这两个管脚通常不会直接连接到电源上，一般会串联一个电感（或者电阻）再连接到电源上，为什么呢？这是因为这是为芯片内的功率晶体管（或场效应管）供电的管脚，通常在分离元件组成的功率放大电路中，我们都会看到在晶体管的集电极（或者场效应管的漏极）上都串有电感，而电感是不容易集成到芯片中的，这样，就需要在芯片的外部放置电感，这样，就得到了典型的功放芯片的供电方式，如图3-3所示。

图3-3 典型的功放芯片供电方式

除了上面提到的电感的问题，另一个值得注意的就是，功放电路处理的模拟信号，是正统的模拟电路，因此需要尤其注意其电源要与数字电路的电源分开。另一个极为重要的问题是，如图3-3所示，在每个电源管脚处，都需要放置一个滤波电容组合，例如VCC管脚处放置的是100pF和1000pF的滤波