本文詳細介紹了MAX2242功率放大器（PA）的應用。包括的主題包括：PCB布局、級間匹配、熱管理和超芯片級封裝。PA提供+22dBm輸出功率，具有CCK調制的第一旁瓣的ACPR為<-33dBc。片內功率檢波器提供20dB的動態范圍。工作電源電壓介于 2.7V 至 3.6V 之間。使用FR4電路板材料.徹底接地對于高頻、高功率電路至關重要。顯示示例布局以獲得最佳性能。整個輸入網絡的仿真允許匹配電路設計。低頻和高頻的電源線上都需要旁路電容器。UCSP?圖紙以0.5mm球間距顯示。MAX2242測試設置使用頻譜分析儀測量旁瓣電平，RF功率計測量功率輸出。

概述

本應用筆記旨在為設計工程師提供MAX2242功率放大器的應用信息。涵蓋一系列主題，包括印刷電路板布局、級間匹配、輸入和輸出阻抗、熱管理和超芯片級封裝。

一般描述

MAX2242為線性功率放大器（PA），設計用于2.4GHz ISM頻段無線局域網應用。它提供 22.5dBm 的線性輸出功率，相鄰通道功率比 （ACPR） 為 < -33dBc 第一旁瓣和 < -55dBc 第二旁瓣，符合 IEEE 802.11b 11MB/s WLAN 標準。PA 采用 3 x 4 超芯片級封裝 （UCSP），尺寸僅為 1.5mm x 2.0mm，非常適合小型 PC 卡和緊湊型閃存卡外形尺寸的無線電。

MAX2242功率放大器由三級PA、功率檢測器和電源管理電路組成。功率檢波器提供超過 20dB 的動態范圍，在最高輸出功率電平下具有 ±0.8dB 的精度。使用該檢測器電路可以輕松實現精確的自動功率電平控制（ALC）功能。

PA還具有一個外部偏置控制引腳。通過使用外部DAC，可以在較低的輸出功率水平下節流電流，同時保持足夠的ACPR性能。因此，在所有功率水平下都能保持盡可能高的效率。器件工作在+2.7V至+3.6V單電源范圍。片內停機功能可將工作電流減小至 0.5μA，無需外部電源開關。

應用

IEEE 802.11b

無線局域網

家庭射頻

2.4GHz 無繩電話

2.4GHz ISM 無線電

特征

Po = 22.0dBm 線性輸出功率（ACPR ≤ -33dBc 第一旁瓣和 ≤ -55dBc 第二旁瓣）

28dB 增益

片上功率檢測器

用于電流節流的外部偏置控制

+2.7V至+3.6V單電源供電

超小型芯片封裝 （UCSP），1.5mm x 2.0mm

設計注意事項

在設計RF功率放大器時，需要考慮許多因素。在開始PCB布局之前，應充分了解以下設計注意事項和資源（如下所述）：

印刷電路板材料

接地策略

臺間匹配

輸入輸出阻抗匹配

瞬態穩定性

熱管理

超芯片級封裝 （UCSP）

放大器測試設置

MAX2242數據資料

MAX2242評估板

印刷電路板材料

印刷電路板材料應為 FR4 或 G-10。這種類型的材料是頻率高達3GHz的大多數低成本無線應用的不錯選擇。MAX2242評估板采用四層FR4，介電常數為4.5，介電厚度為6密耳，銅為1oz。

接地策略

良好基礎的必要性怎么強調都不為過。在設計RF功率放大器時，用于將各種組件接地的技術非常重要，需要特別注意。

對于低阻抗器件，您必須更關注電流，而不是高阻抗電路中的高電壓。這意味著必須仔細考慮接地電流路徑和組件的電流處理能力。請記住，在高功率電平或高頻下，接地變得更加重要。此應用程序涉及兩個條件！

MAX2242在8.5GHz時輸出阻抗約為（2 + j45）Ω等低阻抗電路設計時，只需約0.5nH的電感即可等于8Ω的感抗。60 歐姆電抗由介電常數為 10.4、厚度為 4 密耳的 FR5 PC 板上的 6 密耳 x <> 密耳微帶線產生。

在此應用中，良好的接地意味著最小化頂部元件層和接地層之間的感抗，迫使兩個不同的接地點具有0V的電位差，并防止雜散信號從一個級耦合到下一個級。

通過確保接地層幾乎連續來實現良好的接地。頂部接地應使用多個電鍍通孔連接到底部接地。MAX2242具有三個接地引腳：GND1、GND2和GND3。所有三個器件都應盡可能靠近器件的接地通孔，以最大程度地降低感抗。MAX2242評估板采用10 mil電鍍通孔過孔，從接地通孔邊緣到4個PA接地引腳邊緣放置<> mil。

圖1顯示了如何使用多個通孔接地過孔來改善電路板的接地，最大限度地減少不同電路板層之間建立的感抗，并通過盡可能靠近元件放置通孔來最小化無源元件的感抗。此外，在需要優化的情況下，沿RF路徑設置接地過孔非常重要，以便能夠移動匹配元件。

圖1.MAX2242評估板的頂部元件視圖

臺間匹配

多級放大器中的片外級間匹配至關重要，因為中間級是部分匹配的。需要集總或分布式元件形式的少量電感來優化預驅動器和驅動器放大器。

圖2.MAX2242應用電路

輸入和輸出阻抗匹配

輸入和輸出阻抗在兩次迭代中實現。第一次迭代是通過小信號仿真實現的，第二次迭代是通過大信號條件下的經驗調諧實現的。

圖 3 和圖 4 顯示了構成最佳輸入和輸出匹配網絡的實際布局維度的建模集總和分布元素。

圖5顯示了實際布局中模擬的最佳源Z（1，1）和負載Z（2，2）阻抗。Z（1，1） 和 Z（2，2） 應用作最佳源阻抗和負載阻抗的起點。

圖3.輸入匹配網絡。

圖4.輸出匹配網絡。

圖5.最佳拉電流和負載阻抗。

瞬態穩定性

提高瞬態穩定性受到了很多關注。以下準則可防止MAX2242不穩定。

首先，一個大的全局旁路電容器（鉭或電解），放置在主V處抄送饋電點對地，防止電路中出現振蕩趨勢。此外，在V上增加本地去耦電容也非常重要抄送饋電點，以確保與電源相關反饋隔離。

電源偏置線需要適當的屏蔽，以防止雜散RF信號耦合到偏置線上。當在多級PA中使用30dB或更高的級聯增益級時，這一點尤其重要。電源偏置線路屏蔽可通過分離V來實現抄送線，如果可能，通過布線 V抄送底側接地層上的線，雜散信號最小，或電路板內層之一上的線，雜散信號也最小。

高增益多級放大器容易受到輸出信號耦合到輸入路徑的反饋的影響。在相移總計為180度的頻率下，可能會發生振蕩。為了盡量減少從輸出到輸入的RF耦合，建議保持所有RF線盡可能短，以減少天線效應。

最后，電路板接地不良也可能是振蕩的原因.流過非零接地阻抗的大PA電流將感應電壓，從而將噪聲注入接地系統。

圖6.帶有內部框圖的應用原理圖。

圖7.MAX2242評估板的底部視圖。

熱管理

功率晶體管在其集電極-基極結中耗散大量功率。耗散功率以熱量的形式存在，從而提高結溫。但是，結溫，TJ，不得允許超過指定的最大值 T杰馬克斯;否則，晶體管可能會遭受永久性損壞。即使沒有發生災難性故障，長期可靠性也會受到影響。對于硅器件，T杰馬克斯約為150°C。 MAX2242為硅基器件，最大結溫為150°C，或T杰馬克斯.

MAX2242利用自己的評估板接地層作為散熱器。

圖8可以看作是一個類比，顯示了熱傳導過程的電等效電路。功率耗散對應于電流，溫差對應于電壓差，熱阻對應于電阻。

圖8.熱傳導過程的電等效電路。

TJ = (θJC + θCS + θSA) × PD + TA

超芯片級封裝 （UCSP）

MAX2242采用超芯片級封裝。這種封裝技術的主要優點是IC到PC板電感最小。次要好處是減小封裝尺寸和制造周期時間，以及增強導熱特性。

有關UCSP的更多信息，請參閱應用筆記1891“晶圓級封裝（WLP）及其應用”。

圖9.超芯片級封裝。

放大器測試設置

圖 10.MAX2242測試設置

審核編輯：郭婷