由于人們日益渴望通過(guò)智能手機、TV、GPS 和 Wi-Fi 傳送數據，所以通信基礎設施的有限帶寬幾乎被填滿(mǎn)了。為了滿(mǎn)足這種渴望，通信設計師定義了各種系統，將越來(lái)越多的數據塞進(jìn)有限的帶寬中，不過(guò)數據傳輸速率的提高是有代價(jià)的：需要保真度越來(lái)越高的發(fā)送和接收信號鏈路。

至于放大器，要忠實(shí)地再現信號并不降低原始信號質(zhì)量，就需要低噪聲和高線(xiàn)性度。在信號功率較低時(shí)，不想要的噪聲必須足夠低，以允許想要傳輸的信號上升到噪聲層之上。在信號電平較高時(shí)，線(xiàn)性放大器必須防止不想要的諧波和互調分量屏蔽想要傳送的信號。LTC6431-15 和 LTC6430-15 就實(shí)現了這兩個(gè)目標。

LTC6431-15 和 LTC6430-15 是兩款固定增益放大器，具備非常高的 OIP3 (線(xiàn)性度)，有關(guān)噪聲非常低。LTC6431-15 是單端射頻 (RF) / 中頻 (IF) 增益構件，可直接驅動(dòng) 50Ω 負載，而 LTC6430-15 是差分 RF / IF 增益構件，具備更高的功率和更寬的線(xiàn)性帶寬。這些增益構件兼具最高性能和易用性，通過(guò)在內部處理偏置、阻抗匹配、溫度補償和穩定性問(wèn)題，消除了設計方案難以實(shí)現的問(wèn)題。

針對低輸入信號電平提供低 NF

在低輸入信號電平時(shí)，噪聲限制了通信系統的靈敏度。通信系統的噪聲特性由噪聲指數 (NF) 來(lái)表示，由輸入端的“信號噪聲功率比”除以輸出端的“信號噪聲功率比”得出，單位為分貝。放大器的輸入端總是存在噪聲，而且噪聲與想要傳輸的信號一起放大。NF 表示放大器本身給信號增加了多少不想要的噪聲。理想情況下，放大器的 NF 為 0dB，但是任何真實(shí)的放大器都會(huì )增加噪聲，因此人們的目標是，最大限度地減少噪聲損害。典型 IF 放大器具備 3dB 至 12dB 噪聲指數。LTC6431-15 和 LTC6430-15 在 240MHz 時(shí)均展現出 3.3dB NF。

令人印象深刻的 OIP3 有效降低 IM 分量

線(xiàn)性度限制了在頻率域隔離想要信號和不想要信號的能力。在輸入信號電平較高時(shí)，想要的信號上升至遠高于噪聲層，因此噪聲不是什么問(wèn)題，但是放大器的線(xiàn)性度變得更加重要了。

如圖 1 所示，如果將一個(gè)單音調注入非線(xiàn)性放大器，那么結果得到的是想要的音調及其諧波。通常情況下，這些諧波信號可以濾除，因為在頻率域它們與想要的音調離得足夠遠。如果將兩個(gè)音調注入一個(gè)非線(xiàn)性放大器，那么結果得到的是，兩個(gè)想要的音調以及由眾多不想要的音調極其復雜地混合在一起，這包括兩個(gè)音調的諧波、兩個(gè)輸入音調的和與差、以及其他互調分量 (參見(jiàn)圖 2)。

圖 1：非線(xiàn)性器件輸入端的音調在輸出端產(chǎn)生諧波

圖 2：非線(xiàn)性器件輸入端的兩個(gè)音調在輸出端產(chǎn)生互調分量

互調 (IM3) 分量 (2f1 – f2 和 2f2 – f1) 是這些不想要音調的一個(gè)子集，這個(gè)互調分量子集尤其麻煩。IM3 分量可能非�？拷�想要信號的頻率，從而使得這些分量幾乎不可能濾除掉。

放大器線(xiàn)性度特性最常用三階輸出截取點(diǎn) (OIP3) 來(lái)表示，這是一個(gè)假想點(diǎn)，在這個(gè)點(diǎn)上，IM3 分量的功率與基頻信號功率相交。LTC6431-15 展現了非常小的 IM3 分量，因此其 OIP3 非常好。當阻塞 (干擾) 信號或相鄰通道靠得非常近時(shí)，最大限度降低 IM3 分量尤其重要，因為 IM3 分量的增大速度是想要音調的三倍。在不使想要信號失真的情況下，這限制了放大器能夠處理的可接受的輸出功率，因此也就限制了輸入功率。

噪聲 (用 NF 表示其特性) 限制了放大器對小幅度輸入信號的靈敏度，而線(xiàn)性度 (用 OIP3 表示其特性) 限制了放大器對大幅度輸入信號的靈敏度。NF 和 OIP3 這兩種衡量標準合起來(lái)，定義了放大器對一個(gè)信號的可用動(dòng)態(tài)范圍。

高線(xiàn)性度解決最難的通信問(wèn)題

LTC6431-15 在 240MHz 時(shí) OIP3 典型值為 47dBm，基本上將 IM3 分量壓到了噪聲層中，這樣 IM3 分量就不能干擾想要信號了 (參見(jiàn)圖 3)。LTC6430-15 也不甘示弱，在 240MHz 時(shí)其 OIP3 為 50dBm。結合其 3.3dB NF，這兩款放大器都提供非常寬的動(dòng)態(tài)范圍，通過(guò)在高信號電平和低信號電平時(shí)保持高保真度，應對了高數據傳輸速率的挑戰。

圖 3：LTC6431-15 在 240MHz 時(shí) OIP3 為 47dBm，基本上是將雙音調信號的 IM3 分量壓到噪聲層中，這樣 IM3 分量就不能干擾想要信號了。

易于插入不同應用中

實(shí)現 RF / IF 增益級并不總是很容易。傳統上，設計師必須首先考慮電路偏置。LTC6431-15 擁有一個(gè)內部偏置電路，該電路僅需從單 5V 電源吸取 90mA 電流，而 LTC6430-15 僅從單 5V 電源吸取 160mA 電流。

該內部偏置電路優(yōu)化了器件的最大線(xiàn)性度工作點(diǎn)。溫度補償電路在環(huán)境條件變化時(shí)保持性能不變，防止高溫時(shí)電流流失。這些器件還有內部穩壓器，以最大限度地減小電源缺陷導致的性能變化。

RF / IF 放大器在輸入端和輸出端還必須是阻抗匹配的，以最大限度地增大所傳輸的功率和減小反射。傳統上，這是一項耗時(shí)費力且需要反復進(jìn)行多次的任務(wù)。一般情況下，設計師必須增加輸入和輸出網(wǎng)絡(luò )，以使放大器阻抗與系統阻抗相匹配，通常是 50Ω。這些匹配網(wǎng)絡(luò )又會(huì )改變放大器的 NF 和 OIP3，通常犧牲 NF 和 OIP3 性能以實(shí)現合理的阻抗匹配。

LTC6431-15 和 LTC6430-15 放大器在 20MHz 至 1700MHz 頻帶范圍內，在內部匹配了輸入和輸出阻抗，從而簡(jiǎn)化了設計，同時(shí)保持 NF 和 OIP3 不變。單端 LTC6431-15 的輸入和輸出在內部匹配到 50Ω，而 LTC6430-15 的輸入和輸出端在內部匹配到 100Ω 差分阻抗。這就允許這些器件非常容易地插入不同應用中，而無(wú)需額外增加匹配組件。

有保證的穩定性和性能

與凌力爾特的應用電路一起使用時(shí)，LTC6431-15 和 LTC6430-15 都是可無(wú)條件穩定的。A 級版本 LTC6431-15 在 240MHz 時(shí)的 OIP3 特性是單獨地表示的，保證 44dBm 的最小 OIP3。類(lèi)似地， A 級版本 LTC6430-15 在 240MHz 時(shí)的 OIP3 也是單獨表示的，保證 47dBm 的最小 OIP3。

一類(lèi)全新的 RF 放大器

凌力爾特在生產(chǎn)卓越的運放型放大器方面擁有悠久歷史，這類(lèi)放大器能夠以最低噪聲和低失真來(lái)處理低頻信號。盡管 LTC6431-15 和 LTC6430-15 不能像運放那樣放大 DC 信號，但是它們能夠放大高達 2GHz 的信號。運算放大器一般難以在高于 200MHz 時(shí)工作。

使用運算放大器時(shí)，一般需要增加反饋以設定增益。提高電壓反饋運算放大器的增益會(huì )進(jìn)一步減小工作帶寬。另一方面，凌力爾特的 RF 型放大器提供 15dB 固定功率增益。RF 解決方案缺乏增益調節通用性，但是可用帶寬遠遠超過(guò)了可從運算放大器獲得的帶寬。

運算放大器用來(lái)驅動(dòng)高阻抗負載，而 LTC6430 / LTC6431 放大器可驅動(dòng) 50Ω 負載，并在很寬的頻率范圍內 (20MHz 至 1700MHz) 實(shí)時(shí)提供功率。與運算放大器不同，這種專(zhuān)注于 RF 的設計在輸入和輸入端不需要終端電阻，因為已經(jīng)在內部實(shí)現了阻抗匹配。輸入端的終端電阻增加噪聲，輸出端的終端電阻衰減提供給負載的功率。因此，這兩款 RF 放大器解決方案提供了更好的總體噪聲性能和線(xiàn)性度。LTC6430-15 和 LTC6431-15 放大器為不需要 DC 耦合的 AC 信號應用提供了卓越的解決方案。

LTC6431-15 單端 50Ω 放大器

單端 LTC6431-15 是多種應用的理想解決方案。該器件作為 IF 放大器使用時(shí)表現十分出色，克服了濾波器損耗問(wèn)題，或者作為 ADC 驅動(dòng)器與平衡-不平衡轉換器一起使用時(shí)，表現也同樣出色。憑借很寬的帶寬，LTC6431-15 可涵蓋整個(gè) CATV 頻帶。

圖 4 所示是一個(gè)單端 IF 放大器，圖 5 所示是 LTC6431-15 的評估板和在 100MHz 至 1700MHz 的性能。

圖 4：?jiǎn)味?IF 放大器

圖 5：100MHz 至 1700MHz 單端 LTC6431-15 評估板和性能，顯示了 LTC6430-15 和 LTC6431 的 OIP3 隨頻率的變化。

LTC6430-15 差分應用

能夠以差分方式配置 LTC6430-15 的輸入和輸出使該器件能夠適用于各種系統應用，在以下各例中，LTC6430-15 的高線(xiàn)性度、低噪聲和寬頻帶性能經(jīng)受住了考驗。

在以下第一個(gè)例子中，LTC6430-15 的差分輸出與 ADC 的差分輸入很相配。LTC6430-15 的輸入 / 輸出在內部匹配到 100Ω 差分阻抗。就驅動(dòng)高速 ADC 而言，100Ω 阻抗非常便利。接下來(lái)，在一個(gè)平衡配置中，運用 2：1 平衡-不平衡轉換器，LTC6430-15 以低失真提供寬帶放大，驅動(dòng) 50Ω 負載。最后，運用 1.33：1 平衡-不平衡轉換器，LTC6430-15 可匹配至 75Ω 系統，以跨整個(gè) CATV 頻帶提供寬帶放大。
ADC 驅動(dòng)器

LTC6430-15 作為高速、高分辨率 ADC 驅動(dòng)器使用時(shí)表現出色。這類(lèi)應用的挑戰是，驅動(dòng)未緩沖 ADC 輸入，使其達到所要求的輸入電壓值，同時(shí)保持 ADC 的信噪比 (SNR) 和無(wú)寄生動(dòng)態(tài)范圍 (SFDR) 不變。正如評估電路的性能測試結果所示，LTC6430-15 能夠在 LTC2158 (雙通道、14 位、310Msps ADC) 的整個(gè)輸入帶寬范圍內驅動(dòng)該 ADC，而且 SFDR 和 SNR 受到的影響極小。

針對這一高速、高分辨率 ADC，表 1 顯示了 SNR 和 SFDR 的最小減額。LTC6430-15 的高線(xiàn)性度和低噪聲允許設計師在 ADC 輸入端以最低的濾波要求驅動(dòng)該 ADC。所有測量值都是從單個(gè)應用電路得出的，未調整匹配網(wǎng)絡(luò )。這突出顯示了 LTC6430-15 的寬帶寬和高線(xiàn)性度性能。

表 1： ADC 驅動(dòng)器評估電路隨頻率變化所得結果總結

平衡放大器驅動(dòng) 50Ω 負載

采用恰當配對的 2：1 平衡-不平衡轉換器，LTC6430-15 能夠以低噪聲和低失真提供寬帶放大。在這種平衡配置中，放大器在輸入端和輸出端匹配至 50Ω。這種平衡配置還具有抑制二階失真的優(yōu)勢，這在多倍頻程寬帶應用中是至關(guān)重要的。

不幸的是，單個(gè)平衡-不平衡轉換器不能涵蓋 LTC6430-15 的整個(gè)工作頻帶。凌力爾特提供多種覆蓋該放大器擬用帶寬的評估電路。這些評估電路的輸入和輸出端已經(jīng)轉換到 50Ω，以減輕特性測試負擔。這些評估電路也展現了 LTC6430-15 用于沒(méi)有平衡-不平衡轉換器的純差分應用時(shí)的性能。

測試結果顯示，針對感興趣的頻率，選擇正確的平衡-不平衡轉換器是很重要的。由于帶寬受限，平衡-不平衡轉換器限制了 LTC6430-15 的性能�？傊�，這三個(gè)平衡電路都顯示，用 LTC6430-15 可獲得高線(xiàn)性度和寬帶寬。

CATV 應用

CATV 應用電路是本文中顯示 LTC6430-15 通用性的最后一個(gè)例子。CATV 給放大器帶來(lái)了獨特挑戰。所需頻帶常常涵蓋超過(guò)四倍頻程，放大器必須擁有平坦的增益曲線(xiàn)，阻抗必須與 75Ω 環(huán)境匹配。多通道數目要求卓越的三階線(xiàn)性度，而且由于多倍頻程環(huán)境，也必須抑制二階分量。LTC6430-15 運用一對 1.33：1 平衡-不平衡轉換器，將內在 100Ω 差分阻抗轉化為 75Ω，可應對這些挑戰。

考慮到其低噪聲、低二階和三階失真以及平坦的增益曲線(xiàn)，這個(gè)電路可以滿(mǎn)足 CATV 要求，同時(shí)僅從 5V 電源吸取 800mW 功率。
基于硅的工藝幫助實(shí)現更高的可再生性

LTC6431-15 和 LTC6430-15 是采用高性能 SiGe BiCMOS 工藝制造的，相比之下，其他 RF 增益構件則是用 GaAs 晶體管制造的。與可比的 GaAs 工藝相比，運用基于硅的工藝可實(shí)現更高的可再生性。BiCMOS 工藝還使凌力爾特能夠在這些器件中集成失真消除、偏置控制和穩壓器功能。

結論

LTC6431-15 和 LTC6430-15 以最低的 DC 功耗實(shí)現了同類(lèi)最佳的噪聲性能和線(xiàn)性度，滿(mǎn)足了現代通信標準要求，并簡(jiǎn)化了 RF / IF 設計。這兩款器件易于使用、具備通用性并能夠在各種各樣的條件下保證高性能。