HMC920LP5E：高性能有源偏置控制器的深度解析

在电子工程师的日常工作中，为射频放大器提供稳定、可靠的偏置解决方案是一项关键任务。今天，我们就来深入探讨一款在这方面表现卓越的产品——HMC920LP5E有源偏置控制器。

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一、HMC920LP5E概述

HMC920LP5E是一款功能强大的有源偏置控制器，它能够生成稳定的漏极电压，并主动调整外部放大器的栅极电压，以实现恒定的偏置电流。这款控制器适用于增强型和耗尽型放大器，工作在A类状态，漏极电压范围为3V至15V，漏极电流最大可达500mA。它采用了RoHS兼容的5x5 mm QFN无铅封装，背面有暴露的焊盘，有助于提高散热性能。

二、主要特性

电源与电压调节

• 单正电压供电：支持5V至16.5V的单正电压供电，为不同的应用场景提供了灵活性。
• 可调漏极电压和电流：漏极电压可在3V至15V之间调节，漏极电流最大可达500mA，能够满足多种放大器的需求。
• 内部负电压发生器：可生成 -2.5V的负电压，为耗尽型器件提供必要的偏置。

稳定性与保护

• 有源偏置电流调节：能够在温度、工艺变化和老化等情况下保持稳定的偏置电流，无需进行校准，有效避免了射频性能的下降。
• 短路保护：具备功率折返功能，可在VDRAIN到GND短路等过载情况下限制功耗，确保器件安全。同时，还能将VGATE拉低至最低电压供应VNEG，完全禁用外部放大器。
• 过/欠流报警：提供过流和欠流报警指示信号CURALM，当IDRAIN电流超过或低于规定目标值的±25%时，该信号会被拉高至VDIG，用于监测放大器的工作状态。
• 低Vdd报警：当Vdd供应电压低于用户可调的阈值时，会提供低Vdd指示信号VddALM。

其他特性

• 自动上电排序：确保在启动过程中，外部放大器的漏极电压和栅极电压按照正确的顺序施加，保障放大器的安全。
• 使能输入和触发输出：通过EN引脚可控制有源偏置控制环路的启用和禁用，TRGOUT引脚可在外部放大器达到稳定偏置电流时产生触发信号，用于级联操作。

三、电气规格

在 $T_{A}=+25^{circ} C$ ，$V d d=V d d 1=V d d 2=15 ~V$ 的条件下，HMC920LP5E的主要电气参数如下：	参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
电源电压	Vdd		5		16.5	V
静态电流	IDD	EN= Vdig，Vdd=5V		20		mA
	IDD	EN= Vdig，Vdd=15V		35		mA
负电压输出	VNEG				-2.5	V
振荡器频率	FOSC				250	kHz
漏极电流调节范围	IDRAIN		0		500	mA
漏极电压调节范围	VDRAIN		3		15	V

四、引脚说明

HMC920LP5E共有32个引脚，每个引脚都有特定的功能。以下是一些关键引脚的说明：

• Vdd1和Vdd2：偏置电源引脚，连接电源电压，需确保Vdd1和Vdd2的电压相同。
• VDIG：3.5V的低压线性稳压器输出，用于内部电路，输出能力为30mA，不建议用于外部重载。
• VGATE：连接到外部放大器的栅极，用于控制放大器的偏置电流。
• VDRAIN：连接到外部放大器的漏极，提供电源。
• ISENSE：通过连接一个电阻到GND来调节外部放大器的偏置电流。
• ALMSET：通过连接一个电阻到地来设置报警延迟时间。
• FIXBIAS：需要连接一个高精度的10K电阻到地，以确保偏置电流的准确性。

五、应用电路

简化应用电路

简化应用电路中，通过可变电阻R4和R1分别调节偏置电流和VDRAIN电压，方便对不同的放大器进行评估，无需焊接操作。

全功能应用电路

全功能应用电路在简化电路的基础上，增加了更多的功能，如使能和禁用“有源偏置控制”功能的开关SW2。同时，在PCB布局时需要特别注意，为了隔离电荷泵的开关噪声，应创建两个独立的接地平面，分别用于AGND和DGND连接。

六、操作模式

HMC920LP5E可以配置为偏置增强型和耗尽型外部放大器，通过设置VNEGFB和VGATEFB两个引脚来选择操作模式：	模式	VNEGFB	VGATEFB	VNEGIN	描述
耗尽/主模式	浮空	浮空	连接到VNEGOUT	耗尽型晶体管，内部负电压发生器激活，生成 -2.5V。
耗尽/从模式	接地	浮空	连接到外部VSS	耗尽型晶体管，内部负电压发生器禁用，需连接外部负电压。
增强模式	接地	接地	连接到GND	增强型晶体管，内部负电压发生器禁用。

七、使用注意事项

电源和电压调节

• VDIG输出：由于其最大输出电流为30mA，仅适用于轻负载的外部应用。如需调整VDIG输出值，可通过R1和R3进行外部调节，但要将电阻尽可能靠近VDIG FB引脚，并使用10µF的钽电容进行旁路。
• LDOCC输出：LDOCC输出可调节范围为3V至15V，通过外部电阻R8和R5进行调节。为了补偿内部开关的RDS_ON电阻导致的电压降，需要根据公式选择合适的LDOCC值。同时，使用10µF的钽电容进行旁路，以确保输出的稳定性。

偏置电流调节

通过调节连接在ISENSE到GND之间的总电阻RSENSE，可以设置外部放大器的偏置电流。具体计算公式为 $I{D R A I N}=frac{165}{R{S E N S E}}+0.0135A$ 。

上电和使能顺序

为了确保外部放大器的安全，HMC920LP5E提供了特定的上电顺序。在启动时，VDRAIN保持在GND，VGATE被拉到最负的可用电源（VGATE=VNEG），确保放大器完全关闭。接收到EN信号后，施加VDRAIN并启用有源偏置环路，最后线性增加VGATE直到达到设定的IDRAIN值。断电和禁用时，按相反顺序操作。

级联操作

HMC920LP5E的TRGOUT引脚可用于级联操作，当外部放大器达到稳定偏置电流时，该引脚会产生触发信号，用于启用链中的其他HMC920LP5E芯片。在级联时，建议仅使用一个HMC920LP5E生成负电压，其余芯片接收外部负电压，以减少系统组件数量和整体电流消耗。

八、总结

HMC920LP5E是一款功能丰富、性能稳定的有源偏置控制器，为射频放大器提供了全面的偏置解决方案。它的多种特性和保护功能，使其在不同的应用场景中都能发挥出色的性能。在使用过程中，工程师需要根据具体的应用需求，合理配置引脚和参数，注意电源、电压调节和上电顺序等问题，以确保放大器的安全和稳定运行。你在实际应用中是否遇到过类似的偏置控制问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。