轻松判断射频系统中的功率增益和电压增益

我听到越来越多的客户在问“通过不同负载阻抗的信号链的增益是如何变化的？”；“当以dB测量时，电压增益和功率增益何时重合？”若你们中的任何人有相同的问题，我想与Analog Wire的听众一起分享问题的答案。因此，我们开始吧...

在具有50欧姆终端的单端信号路径中，增益计算非常容易，因为电压增益（20 * log（Vout / Vin））等于功率增益（10 * log（Pout / Pin））。但是，当负载的阻抗或源变化时，事情变得有点复杂。例如，在许多无线电接收器通道中，50欧姆单端信号在被高性能ADC（如ADC16DV160）数字化之前被转换为200欧姆差分信号。

此外，有两种主要类型的放大器，电压输出放大器（如LMH6521），和电流输出放大器（如LMH6515）。以下计算显示了这两种不同类型的放大器如何对不同的负载条件做出反应。

电压输出放大器是非RF系统中最常见的放大器，且通过经典的运算放大器（运放）永久化。注意，电流反馈和电压反馈运算放大器都具有电压输出架构。随着双极晶体管技术的最新发展，运算放大器及其衍生产品可用于高达2 GHz或更高的频率。结果，它们找到进入RF和IF信号路径的方式。因为运算放大器具有无限的输入阻抗和零输出阻抗，因此运放的功率增益通常不指定，而作为电压增益（Av）给出。公共增益设置为6dB，其中输出电压为输入电压的2倍。请注意，此增益不指定输入负载条件或输出负载条件。因为仅凭电压不足以计算功率，因此不能仅使用电压增益来计算功率增益。

图 1  理想的电压放大器

 

图2示例电压放大器：LMH6521

电流输出放大器是另一种常见类型的RF放大器，因为给定的输入信号产生给定的输出电流。在一个配置中有两种常见配置：Iout =（in * Gain），Iout =（Vin * gain）。后者更常见。在这种情况下，增益称为跨导（gm）。在跨导放大器计算中，电压增益和功率增益都取决于负载条件。（示例放大器LMH6515 Rin =200Ω，Rout =200Ω或400Ω，最大增益= 0.1A / V）

图3 理想的电流放大器

图4示例电流放大器：LMH6515

对于两种放大器拓扑，当输入和输出阻抗相同时，电压增益（dB）和功率增益（dB）才相等。然而，对于电流放大器，电压增益和功率增益将随着负载条件而变化，而对于电压放大器，仅功率增益随负载改变。

读者练习题——证明一个后端接负载可同时降低电压增益和功率增益6dB，让我知道它的运行原理！