高线性放大器在推挽电路中的设计和性能测量

Avago公司的MGA-30689是一颗宽带、增益平坦、低噪声、高线性度的放大器，其频率范围从40MHz 到 2600MHz。本文主要是介绍如何增强MGA-30689的线性特性，特别是针对CATV市场的的OIP2和CSO指标。

MGA-30689可应用于推挽电路，和单端型电路相比，其增益平坦度在整个CATV的频带(50～1000MHz)内可达±1dB，OIP2可达 76dBm，OIP3可达 44dBm，CSO可达-77dBc，CTB可达-80dBc。

能达到如此好的特性，主要依赖Avago科技的0.25um GaAs 增强型pHEMT工艺制程。该增强型技术允许将直流电源直接接到源极上，不仅为器件的单电源设计提供了便利，而且能够为器件提供更好的高线性特性。

推挽式放大电路理论

一套推挽式放大电路包含如下电路单元：一个位于放大器输入端的0-180度功率分配器，驱动两个反向的同质放大器;一个位于放大器输出端的0-180度功率合成器，将两个设备的功率进行合成。功率分配器和功率合成器是推挽式电路的重要单元，其作用有些类似于巴伦(平衡-非平衡转换器)。微波推挽式放大电路的框图如下。

图1：微波推挽式放大电路框图

推挽式放大电路的优点

推挽式放大电路和单端型放大电路相比，其输入和输出阻抗是后者的4倍，因此其更容易进行端口的阻抗匹配。并且虚拟地的存在，也使得匹配网络的拓扑结构更加的紧凑和简单。针对CATV的应用，其偶数级谐波的消失，比如F2-F1，2F1，2F2和F1 F2可以明显使得二级交调，比如OIP2和CSO等有更好的效果。

推挽式放大电路的缺点

尽管有很多优点，但推挽式放大电路也存在一些缺点。按照前面提到的电路架构，由于巴伦的存在，输入和输出端口的反射功率并不能被抵消，端口之间的隔离度也比较低，理论上只有6dB，这有可能导致器件的稳定性比较差。另外，巴伦也会增加设计的复杂度和产品的售价。

MGA-30689的推挽电路设计和PCB设计

MGA-30689的推挽电路设计图如下

图2：MGA-30689的推挽电路设计图

为保证在整个CATV的频率范围内有良好的回波损耗和增益平坦度，在电路中增加了负反馈电路，具体如图3：

图3：负反馈电路

根据上面的电路制造的PCB电路如下图：

图4：上述推挽式电路的PCB demo板

MGA-30689的测试结果

依据上面的demo板，在Zo = 75，Vdd = 5.0 V，Idd = 200mA，Fc = 50 MHz to 1000MHz 的条件下，MGA-30689的小信号测试结果如下：

图5：回波损耗

图6：小信号增益

图7：反向隔离

图8：噪声系数

MGA-30689的非线性和交调失真特性

针对CATV的信号特点，CATV系统需要测试XMOD、CSO和CTB的二阶和三阶失真来代替微波通用的IP2和IP3特性。

测试条件如下：

图9：MGA-30689交调失真测试条件

MGA-30689的交调失真测试结果如下：

图10：OIP2和OIP3特性

图11：XMOD、CSO和CTB特性

综上，我们逐步讨论了安华高MGA-30689在推挽电路中的设计和测量的过程。由此可见，通过采用合适的电路结构和正确的设计，MGA-30689可以在CATV的应用中有良好的失真特性和宽带性能。其特性的总体情况如下图。

图12：MGA-30689推挽式电路各项测试结果