Avago 高增益4W PA 设计指南

Small cell
随着4G通信时代的到来，数据通信已取代话音成为运营商的主流业务。来自中国移动的一份报告称，未来超过50%的业务将会发生在室内，因此运营商必须找到室内覆盖的有效方法。在这样的背景下，Small cell将会取代传统的直放站，成为运营商解决网络覆盖的主流方案。

Avago Technologies(安华高科技)推出了一系列4W 高增益PA，可以简化Small cell射频前端的设计，同时实现良好的线性指标和可靠性。


图1、Small cell射频前端

Avago 高增益4W PA

表1、Avago 高增益4W PA

Avago 高增益4W PA应用于Small cell射频前端，可实现的优点：
?   高集成度，只需一颗PA即可解决发射链路的射频放大；
?   输入、输出50欧姆全匹配，可节省大量射频调试时间；
?   高达40dB左右的增益，无需推动级；
?   实现业界最佳的线性指标，线性输出27dBm时ACPR可达到-50dBc；
?   全系列拥有一样的封装和管脚定义，轻松实现硬件平台化。
Avago 高增益4W PA 设计指导
内部框图
Avago MGA-43x28系列PA提供高达40dB的增益，内部集成了两级或三级功放，该系列集成PA的内部框图如下：


图2、集成两级功放的内部框图


图3、集成三级功放的内部框图

MGA-43428 / 43828 / 43013内部集成了两级功放，如图2所示，因为在1GHz以下的频段，两级功放已经足以提供高达33dB左右的增益。MGA-43528/ 43628 / 43728 / 43003 / 43040 内部集成了三级功放，因为在2GHz左右的频段，需要三级功放才能提供高达40dB左右的增益。

管脚定义以及应用电路
为了方便在硬件上实现平台化，该系列PA使用相同的封装和管脚定义。
MGA-43428/4382/43013的管脚定义如下图：


图4、两级功放的管脚定义

MGA-43528/43628/43728/43003/43040的管脚定义如下图：


图5、三级功放的管脚定义

由以上的管脚定义图可知，两级功放与三级功放的区别只在于Vc1和Vd1。在做兼容性设计时，只需在Vc1和Vd1走线上各串联一个0欧姆电阻，在使用三级功放时将该电阻焊上，使用2级功放时该电阻空贴，即可轻松实现一个PCB拓扑兼容所有的型号和频段。

该系列PA内部集成了射频匹配、漏压供电电路、栅压供电电路以及功率耦合电路，在电路设计时，外围电路非常简单，典型的应用电路如图6所示。


图6、应用电路

PCB Layout 设计
在射频电路中，PCB Layout的设计往往会影响到射频器件的性能，好的PCB Layout设计可以实现射频器件的最佳性能并保证稳定性和可靠性，射频功放尤其如此。

Avago 高增益4W PA在一个5×5mm的芯片中集成两级/三级功放，提供高达40dB左右的增益，此类芯片在应用中，管脚间的隔离显得尤为重要。在PCB Layout设计时一定要做好管脚之间的隔离，尤其是漏压供电管脚。在射频PCB板的设计中，我们一般通过拉远距离、增加地面积、增加接地过孔等办法来提高隔离度。
Avago 高增益4W PA 的PCB Layout建议如下：


图7、芯片封装建议


图8、Vd走线建议


图9、Vddbias旁路电容放置建议

对于Avago 该系列高增益PA来说，PCB Layout的好坏直接关系到器件能否实现datasheet中标称的性能。如下图就是一个非常完美的Layout，在应用中可以直接借鉴：


图10、Avago 高增益4W PA Layout图

TDD系统中的开关电时延
在TDD系统中，由于要频繁地进行收发切换，因此射频链路上的器件的开关电时延都必须达到一定要求。Avago 高增益4W PA可以实现足够快的开关电时延，完全可以满足TDD系统的要求。




图11、Avago 高增益4W PA开关电时延

由图11可知，只要栅压电路的串联电阻和旁路电容选择合适，Avago 高增益4W PA的开关电时延可以达到0.2uS。

总结
Avago Technologies(安华高科技)一直为射频领域提供高性能、高可靠性的器件。很多射频工程师甚至在想到LNA(低噪声放大器)的时候，就会想起Avago，其提供的LNA在业界领先几十年并成为标杆。现在，Avago通过其高性能设计和集成能力推出高增益4W PA，这将给Small cell的射频前端设计带来极大便利。