InGaP HBT 半瓦高 IP3 放大器 HMC455LP3/455LP3E 深度解析

在当今的无线通信领域，对于高性能放大器的需求与日俱增。特别是在多载波系统、GSM、GPRS、EDGE、CDMA、WCDMA 以及 PHS 等应用场景中，需要放大器具备高线性度、高输出 IP3 等特性。今天我们就来详细探讨一下 Analog Devices 推出的 InGaP HBT 半瓦高 IP3 放大器 HMC455LP3/455LP3E。

文件下载：HMC455.pdf

典型应用

HMC455LP3/455LP3E 放大器在高线性度应用方面表现出色，是多载波系统、GSM、GPRS、EDGE、CDMA、WCDMA 以及 PHS 等系统的理想选择。这些系统对放大器的线性度要求极高，而 HMC455LP3/455LP3E 正好能够满足这些需求，为系统的稳定运行提供有力保障。

产品特性

高输出 IP3

该放大器的输出 IP3 高达 +42 dBm，这使得它在处理复杂信号时能够有效减少失真，提高信号的质量。在实际应用中，高输出 IP3 意味着放大器能够更好地应对多载波信号，减少互调失真，从而提升整个通信系统的性能。

合适的增益

具备 13 dB 的增益，能够为信号提供足够的放大倍数。在不同的频率范围内，增益也能保持相对稳定，具体如下：	频率范围（GHz）	增益（dB）
1.7 - 1.9	11.5（Min） - 13.5（Typ）
1.9 - 2.2	10.5（Min） - 13（Typ）
2.2 - 2.5	9（Min） - 11.5（Typ）

高功率附加效率（PAE）

在 +28 dBm 输出功率时，PAE 达到 56%。高 PAE 意味着放大器在将直流功率转换为射频功率时效率更高，能够减少能量损耗，降低系统的功耗。这对于需要长时间运行的无线通信设备来说尤为重要，可以延长设备的续航时间，降低运营成本。

低 VSWR

VSWR 低至 1.4:1，这有助于减少反射功率，提高放大器与负载之间的匹配程度，从而提高功率传输效率，进一步提升系统的性能。

小尺寸封装

采用 3x3 mm QFN SMT 封装，这种封装不仅体积小，而且具有出色的 RF 和热性能。其暴露的底部能够有效散热，保证放大器在高功率工作时的稳定性。

电气规格

在 $T_{A}= +25^{circ} C$，$V s = +5 V$ 的条件下，HMC455LP3/455LP3E 的各项电气参数表现如下：	参数	频率范围 1.7 - 1.9 GHz	频率范围 1.9 - 2.2 GHz	频率范围 2.2 - 2.5 GHz	单位
增益	11.5（Min） - 13.5（Typ）	10.5（Min） - 13（Typ）	9（Min） - 11.5（Typ）	dB
增益随温度变化	0.012（Typ） - 0.02（Max）	0.012（Typ） - 0.02（Max）	0.012（Typ） - 0.02（Max）	dB/°
输入回波损耗	13（Typ）	15（Typ）	10（Typ）	dB
输出回波损耗	10（Typ）	18（Typ）	15（Typ）	dB
1dB 压缩点输出功率（P1dB）	24（Min） - 27（Typ）	24.5（Min） - 27.5（Typ）	23（Min） - 26（Typ）	dBm
饱和输出功率（Psat）	28.5（Typ）	28（Typ）	27（Typ）	dBm
输出三阶截点（IP3）	37（Min） - 40（Typ）	39（Min） - 42（Typ）	37（Min） - 40（Typ）	dBm
噪声系数	7（Typ）	6（Typ）	6（Typ）	dB
电源电流（Icq）	150（Typ）	150（Typ）	150（Typ）	mA

从这些参数可以看出，HMC455LP3/455LP3E 在不同的频率范围内都能保持较好的性能，能够满足多种无线通信系统的需求。

绝对最大额定值

在使用该放大器时，需要注意其绝对最大额定值：

• 集电极偏置电压（Vcc）：+6.0 Vdc
• RF 输入功率（RFIN）（Vs = +5Vdc）：+25 dBm
• 结温：150 °C
• 连续功耗（T = 85 °C）（85 °C 以上每升高 1 °C 降额 16 mW）：1.04 W
• 热阻（结到接地焊盘）：63 °C/W
• 存储温度：-65 至 +150 °C
• 工作温度：-40 至 +85 °C

在实际设计中，必须确保放大器的工作条件在这些额定值范围内，以避免损坏器件。

应用电路

电路参数

应用电路中，TL1 - TL4 的阻抗均为 50 欧姆，物理长度分别为 0.33”、0.18”、0.13”、0.04”，电气长度分别为 34°、19°、13.5°、4°。推荐的元件值如下：

• L1：8.2 nH
• C1：2.2 µF
• C2、C3：3.0 pF
• C4：0.9 pF
• C5：100 pF

PCB 材料选用 10 mil Rogers 4350，$Er = 3.48$。这些参数的选择是为了确保放大器在 1.85 - 2.2 GHz 频率范围内能够达到最佳性能。如果需要在 1.7 - 1.85 GHz 或 2.2 - 2.5 GHz 频率范围内使用，需要联系 HMC Applications 获取推荐的调谐电路。

设计要点

在设计最终应用的电路板时，应采用 RF 电路设计技术。信号线路的阻抗应保持 50 欧姆，以确保信号的传输效率。同时，要将封装的接地引脚和暴露的焊盘直接连接到接地平面，并且使用足够数量的 VIA 孔连接顶部和底部的接地平面，以保证良好的接地性能。此外，评估板应安装在合适的散热片上，以确保放大器在工作时能够有效散热。

封装信息

封装类型

HMC455LP3 和 HMC455LP3E 采用不同的封装材料和引脚镀层：	型号	封装体材料	引脚镀层	MSL 等级	封装标记
HMC455LP3	低应力注塑成型塑料	Sn/Pb 焊料	MSL1[1]	455 XXXX
HMC455LP3E	符合 RoHS 标准的低应力注塑成型塑料	100% 哑光锡	MSL1[2]	455 XXXX

引脚说明

引脚编号	功能	描述	接口示意图
1,2,4 - 9, 11 - 16	N/C	此引脚可连接到 RF 接地	-
3	RFIN	此引脚为交流耦合，需要一个片外串联匹配电容	ORFOUT RFIN O
10	RFOUT	RF 输出和输出级的直流偏置	-
-	GND	封装底部必须连接到 RF/DC 接地	GND

评估 PCB

评估 PCB 为工程师提供了一个方便的测试平台，其相关信息如下：

引脚说明

引脚编号	描述
1,2,3	GND
4,5,6	Vs

材料清单

项目	描述
J1 - J2	PCB 安装 SMA 连接器
J3	2 mm DC 插头
C1	2.2 uF 钽电容
C2,C3	3.0 pF 电容，0402 封装
C4	0.9 pF 电容，0402 封装
C5	100 pF 电容，0402 封装
L1	8.2 nH 电感，0402 封装
U1	HMC455LP3/HMC455LP3E 功率放大器
PCB	106492 评估 PCB，10 密耳

评估 PCB 的电路板材料同样选用 Rogers 4350，$Er = 3.48$。工程师可以根据这个评估 PCB 来快速验证放大器的性能，为实际应用设计提供参考。

总结

HMC455LP3/455LP3E 放大器凭借其高输出 IP3、合适的增益、高 PAE、低 VSWR 以及小尺寸封装等特性，在高线性度应用领域具有显著优势。在设计无线通信系统时，工程师可以根据具体的应用需求，结合其电气规格、应用电路和封装信息等，合理选择和使用该放大器。同时，在实际应用中要注意其绝对最大额定值，确保器件的安全可靠运行。大家在使用这款放大器的过程中，有没有遇到什么有趣的问题或者独特的设计思路呢？欢迎在评论区分享交流。