适用于激光及MRI的宽带LDMOS晶体管

作者: 严梦霄

提到CO2激光器，不得不提到它良好的方向性，单色性及稳定性的卓越特性。 因此应用也很广泛，从军事武器，到医学手术切割，再到工业焊接，可以说前景无限。而CO2激光器激励方式之一就是射频激励。射频激励有其他技术不可企及的优点，如射频激励气体放电可以达到更高的效率及光束质量；由于其有正阻抗特性所以可以实现持续放电且使用安全；其次，射频激励工作稳定且可在较低电压下工作，这就可以大大的提高器件的使用寿命；另外，由于射频激励输入功率密度高，器件的体积可以大幅度缩小，器件可变得更加紧凑，这就为制造商节省了不少成本；最后不可不提的一点就是，射频波可以通过脉宽及脉冲占空比的调节，实现从连续波到脉冲的转换；总而言之，射频激励具有最佳综合性能。

飞思卡尔MRFE6VP61K25H就是提供理想射频激励源的首选。它有很高的耐用性，VSWR可以达到65:1，且性能不会下降，这一点在CO2激光器中占有极大优势。CO2激光器的典型工作气体内含有：二氧化碳，氮，氦，氙，而这些气体产生激光的能量是由射频信号传递过来的。在射频信号输入的一瞬间，激光器里的气体并不是完美的负载，所以发出射频能量会大部分返还回来， 如果射频器件的耐用性不高，就极有可能被返还的能量影响甚至损坏；而飞思卡尔MRFE6VP61K25H则完美的解决了这一问题。由于它具有很高的耐用性，所以即使大功率信号被返还，还可以正常工作不受影响，为CO2激光器的质量提供了保障。

MRFE6VP61K25H是宽带的LDMOS晶体管, 它可以应用在1.8~600MHz之间的频带上并且已经过优化。它宽频带的特性可以为制造商带来很多裨益，只需采用单一器件便可覆盖更多频段，服务更多产品。器件内置了防静电保护，采用飞思卡尔超模压塑料封装，提供卷盘包装。飞思卡尔目前针对这一器件，已有窄带：27MHz、40MHz、81.36MHz以及宽带：87~108MHz,170~230MHz等10多种应用电路设计，可供客户参考选用。这里将主要介绍器件在81.36MHz频段的应用电路性能。这个设计主要服务于CO2激光器以及医学MRI。

另外MRFE6VP61K25H还具有很高的效率，在连续信号输入条件下典型效率为84%，若应用在CO2激光器的脉冲信号下，则会达到更高的效率。热阻低也是MRFE6VP61K25H的一大优势。低热阻意味着相比于其他器件，MRFE6VP61K25H在工作状态时可以更好的散热，降低了发热元件的工作温度，减少热损，延长元件的使用寿命。主要器件参数见表1


图1：在81MHz时，MRFE6VP61K25H的增益、效率和输出功率结果。

MRFE6VP61K25H在81.36MHz频段上显示出了卓越的性能。在50V电压工作下，该元件的典型增益为27dB,在3.5W输入功率下可产生1250W额定功率；在这些条件下的典型工作效率为84%。图1显示了当工作在特定频率81MHz时，其增益、效率以及输出功率的测试结果。可以看出，在低功率工作状态下，输出功率为500W时，可得到28dB的增益以及55%的效率；输出功率增长到1000W时的增益和效率则为27dB和75%；最大输出功率1250W时可以得到25dB的增益和84%的效率。可以说，MRFE6VP61K25H是一个高效率高增益的器件，因此采用更少的放大级数便可以满足最终产品的功率及效率要求，减少了器件成本及数量，缩小板卡空间。


图2：大功率MRI解决方案。

对于医学领域MRI的应用，目前飞思卡尔已有应用于1.5T，3T和7T MRI的解决方案；若单独应用MRFE6VP61K25H，可以获得1.25KW的输出，是1.5T以及3T的MRI的理想候选；也可利用MMG3014N前放和放大器MRFE6VS25N来驱动多个MRFE6VP61K25H以达到10KW的功率以及70dB的增益，为更高特斯拉MRI服务，如图2所示。

MRFE6VP61K25H所在的增强耐用型E系列是非常有竞争力的器件。这个E系列产品家族是以耐用型高著称，能够达到65:1的电压驻波比；超级宽频带，可以覆盖在1~2000MHz频率带宽，输出功率从25~1250W不等。最新推出的MRFE6VP5300N也是医学MRI应用的理想候选，并且飞思卡尔针对这个应用频段已有设计方案供客户参考；可以达到77%的效率以及24dB的增益。