HMC1087：2 - 20 GHz 8 瓦 GaN MMIC 功率放大器的全面解析

在射频与微波领域，功率放大器是至关重要的器件，它直接影响着系统的性能和效率。今天，我们将深入探讨一款高性能的功率放大器——HMC1087，它由 Analog Devices 公司推出，是一款工作在 2 - 20 GHz 频段的 8 瓦 GaN MMIC 功率放大器。

文件下载：HMC1087.pdf

典型应用场景

HMC1087 的应用范围非常广泛，主要包括以下几个方面：

• 测试仪器：在测试仪器中，需要高精度、宽频带的功率放大，HMC1087 的高性能能够满足测试仪器对信号放大的严格要求。
• 通用通信：在各种通信系统中，如无线通信、卫星通信等，HMC1087 可以提供稳定的功率放大，确保信号的可靠传输。
• 雷达系统：雷达系统对功率放大器的要求较高，HMC1087 的高功率、宽频带特性使其成为雷达系统中理想的功率放大器件。

特性亮点

HMC1087 具有一系列出色的特性，使其在同类产品中脱颖而出：

• 高饱和功率（Psat）：达到 +39 dBm，能够提供足够的功率输出，满足大多数应用的需求。
• 高功率增益：在饱和功率下，功率增益为 +5.5 dB，小信号增益可达 11 dB，能够有效放大输入信号。
• 高输出三阶交调截点（IP3）：+44 dBm 的输出 IP3 表明该放大器具有良好的线性度，能够减少信号失真。
• 50 欧姆匹配输入/输出：方便与其他 50 欧姆系统集成，降低了设计难度和成本。
• 小尺寸：芯片尺寸仅为 2 x 4 x 0.1 mm，适合在小型化系统中使用。

详细描述

工作原理与性能

HMC1087 是一款基于氮化镓（GaN）技术的单片微波集成电路（MMIC）功率放大器。在 2 - 20 GHz 的宽频带范围内，它能够提供稳定的性能。典型情况下，小信号增益为 11 dB，饱和输出功率为 +39 dBm，在 +29 dBm 输出功率下，输出 IP3 为 +44 dBm。该放大器从 +28V DC 电源吸取 850 mA 的静态电流，其射频输入/输出端口均匹配到 50 欧姆，便于集成到多芯片模块（MCMs）中。

电气规格

在不同的频率范围内，HMC1087 的电气性能表现如下：	参数	频率范围（GHz）	最小值	典型值	最大值	单位
小信号增益	2 - 6	10	11	10	dB
	6 - 18	10	12	10	dB
	18 - 20	10	12	10	dB
增益平坦度	2 - 6	±0.5	±0.5	±0.5	dB
	6 - 18	±1.0	±1.0	±1.0	dB
	18 - 20	±0.5	±0.5	±0.5	dB
增益随温度变化	-	0.012	0.016	0.024	dB/°C
输入回波损耗	-	8	8	15	dB
输出回波损耗	-	10	12	12	dB
3 dB 压缩输出功率（P3dB）	-	38	38	38	dBm
3 dB 压缩功率增益（P3dB）	-	8.5	8.5	8	dB
饱和输出功率（Psat）	-	39	40	39	dBm
输出三阶交调截点（IP3）	-	44	44	43.5	dBm
功率附加效率	-	24	22	20	%
静态电源电流（Idd @ Vdd = 28V）	-	850	850	850	mA

这些参数展示了 HMC1087 在不同频率和温度条件下的稳定性能，为工程师在设计系统时提供了可靠的参考。

安装与键合技术

安装建议

为了确保 HMC1087 的性能和可靠性，在安装过程中需要注意以下几点：

• 直接附着：芯片应通过共晶工艺直接附着到接地平面上。推荐使用 0.127mm（5 密耳）厚的氧化铝薄膜基板上的 50 欧姆微带传输线来传输射频信号。如果使用 0.254mm（10 密耳）厚的氧化铝薄膜基板，则需要将芯片抬高 0.150mm（6 密耳），使芯片表面与基板表面共面。
• 间距控制：微带基板应尽可能靠近芯片，典型的芯片与基板间距为 0.076mm 至 0.152mm（3 至 6 密耳），以减少键合线长度，降低信号损耗。

键合注意事项

在键合过程中，也有一些关键要点需要关注：

• 互连技术：热超声球焊或楔形键合是首选的互连技术，应使用直径合适的金线进行键合，以确保键合强度和稳定性。
• 参数优化：键合过程中的力、时间和超声等参数至关重要，需要进行优化，以实现可重复的高键合拉力强度。同时，要将芯片键合焊盘表面温度限制在最高 200°C。

处理与存储注意事项

为了避免对芯片造成永久性损坏，在处理和存储 HMC1087 时，需要遵循以下预防措施：

• 存储环境：所有裸芯片应放置在基于华夫或凝胶的静电放电（ESD）保护容器中，并密封在 ESD 保护袋中进行运输。一旦密封的 ESD 保护袋打开，所有芯片应存储在干燥的氮气环境中。
• 清洁要求：应在清洁的环境中处理芯片，切勿使用液体清洁系统清洁芯片。
• 静电防护：遵循 ESD 预防措施，防止静电放电对芯片造成损坏。
• 瞬态抑制：在施加偏置时，应抑制仪器和偏置电源的瞬态信号，使用屏蔽信号和偏置电缆，以减少感应拾取。
• 芯片放置：推荐使用加热真空夹头（180°C）拾取芯片，确保芯片上的真空接触面积最小化，以防止在压差下破裂。在放置过程中，应避免接触所有空气桥（如果适用），并在自动放置过程中尽量减少对芯片施加的冲击力。

总结

HMC1087 是一款性能卓越的 GaN MMIC 功率放大器，具有高功率、宽频带、良好的线性度等优点，适用于多种应用场景。在设计和使用过程中，工程师需要充分了解其特性和安装要求，以确保其性能的充分发挥。同时，严格遵循处理和存储注意事项，能够有效延长芯片的使用寿命。你在使用类似功率放大器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。