解讀RF放大器的輸出限制

　　這篇博文是非射頻（RF）與射頻放大器規(guī)格對(duì)比系列博文的第三篇。我在之前的兩篇博文中討論了噪聲和雙音失真。今天，我們將討論一個(gè)同樣重要的話題-放大器的輸出限制。對(duì)于任何應(yīng)用中的放大器，輸出電壓的擺動(dòng)范圍以及可供給負(fù)載的電流量都有一個(gè)限制。這些限制基本上由裝置電源電壓、輸出級(jí)架構(gòu)和工藝技術(shù)限制設(shè)置。大多數(shù)線性放大器包括一個(gè)闡述支持的最大和最小輸出電壓和最大電流的規(guī)范。

　　對(duì)于諸如低噪聲放大器（LNA）、射頻功率放大器（PA）和射頻增益模塊等射頻導(dǎo)向型放大器而言，輸出擺幅限制通常以1dB增益壓縮點(diǎn)表示。隨著線性和射頻放大器的速度在諸如LMH6401增益放大器的現(xiàn)代高速放大器中彼此接近，了解這兩種規(guī)范之間的關(guān)聯(lián)，以及他們反映裝置性能的方式很重要。

　　我們首先看一下最大規(guī)格方面的絕對(duì)輸出電壓和電流，因?yàn)樗鼈冏顬楹?jiǎn)單。隨著放大器的絕對(duì)值輸出電壓增加，它最終將達(dá)到由放大器的架構(gòu)設(shè)置的物理極限。這種物理限制被稱為最大或最小輸出電壓。

　　常用的輸出電壓測(cè)定方式通常有兩種。最簡(jiǎn)單的方法是在輸入一個(gè)信號(hào)時(shí)記錄輸出電壓，這將導(dǎo)致輸出遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)預(yù)期的輸出限制。從中您可以了解輸出的極限值，但不會(huì)告訴您有關(guān)放大器將如何與達(dá)到這些電壓的信號(hào)一起完成工作的任何信息。

　　圖1所示為L(zhǎng)MH6401的最大輸出值。當(dāng)輸出達(dá)到最大值時(shí)，會(huì)明顯“變平”。然而，最大“線性”輸出電壓是一種更有效的性能保證方法。這是一個(gè)輸出電壓值，其中放大器可始終保持其線性性能和功能正常。

　　圖1：LMH6401輸出過(guò)載

　　輸出電流規(guī)格類(lèi)似于輸出電壓，通常包括一個(gè)放大器提供給有效無(wú)負(fù)載的“短路電流”，以及一個(gè)線性輸出電流，這在概念上與線性輸出電壓相同，但在電流輸出能力方面做出規(guī)定。

　　不幸的是，線性輸出電壓和電流的規(guī)格在整個(gè)行業(yè)并未標(biāo)準(zhǔn)化。您測(cè)試的線性輸出電壓或電流可能具有不同的精度級(jí)別，而且許多不同的方法超出了此博文的范圍。若想了解特定的設(shè)備，請(qǐng)參閱您的放大器數(shù)據(jù)表中輸出電壓和電流的測(cè)試條件章節(jié)。

　　第二種規(guī)格，輸出1dB壓縮點(diǎn)，實(shí)際上非常類(lèi)似于最大線性輸出電壓和電流的概念。它也被稱為P1dB，在該點(diǎn)上，放大器從理想狀態(tài)下增益壓縮到1分貝的輸出功率級(jí)。圖1介紹了該概念，其中，實(shí)線表示測(cè)得的信號(hào)，虛線表示理想的信號(hào)。有時(shí)，一些測(cè)量將P1dB點(diǎn)與輸入而非輸出對(duì)照，這應(yīng)在計(jì)算中予以考慮。

　　圖2：輸出P1dB示例

　　由于P1dB的規(guī)格標(biāo)記了1dB增益損失點(diǎn)，與絕對(duì)最大電壓或電流相反，它為最大線性輸出點(diǎn)提供了一個(gè)良好的參考。這篇博文前面討論了，線性測(cè)量提供了更多保證系統(tǒng)性能的信息。P1dB規(guī)格還具有捕獲最大輸出功率而非僅電壓或電流的優(yōu)點(diǎn)。換言之，您正在查看的是驅(qū)動(dòng)一定負(fù)荷的最大電壓，這意味著P1dB測(cè)量會(huì)同時(shí)考慮電流和電壓的影響。

　　對(duì)比最大輸出電壓/電流和P1dB的規(guī)格，您可以看出，雖然輸出規(guī)格更容易理解，但它們并不會(huì)產(chǎn)生一個(gè)類(lèi)似于P1dB點(diǎn)的組合限制。輸出規(guī)格告訴您輸出起作用的電壓和電流值，但卻并不能像P1dB點(diǎn)一樣，解釋兩種限制之間的相互作用。但是，您仍然可以一起使用這兩種規(guī)格，粗略估計(jì)放大器的組合輸出限制。

　　對(duì)于只有一種P1dB規(guī)格的放大器，在測(cè)量期間，您可以通過(guò)所測(cè)負(fù)載提取電壓和電流值，但并不會(huì)指出限制設(shè)備性能的具體因素。您需要在多個(gè)負(fù)載值進(jìn)行P1dB測(cè)量，以充分了解放大器的輸出電壓和電流限制。