ADPA7002CHIP功率放大器：特性、应用与设计要点

在微波和毫米波应用领域，功率放大器是至关重要的组件。今天我们来深入探讨ADPA7002CHIP这款GaAs、pHEMT、MMIC功率放大器，看看它在20 GHz至44 GHz频段能为我们带来怎样的性能表现和应用价值。

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一、产品概述

ADPA7002CHIP是一款工作在20 GHz至44 GHz频段的分布式功率放大器，采用了砷化镓（GaAs）、赝配高电子迁移率晶体管（pHEMT）和单片微波集成电路（MMIC）技术。它具有以下显著特点：

• 增益与功率输出：在34 GHz至44 GHz典型提供15 dB的小信号增益，输出1 dB压缩点功率（P1dB）可达28 dBm；在20 GHz至34 GHz饱和输出功率（PSAT）典型为30 dBm。
• 线性度：典型输出三阶截点（IP3）为40 dBm，能保证较好的线性度。
• 供电需求：在VDD18、VDD2B和VDD3B引脚需5 V电压，600 mA电流。
• 匹配特性：输入/输出（I/O）内部匹配到50 Ω，便于集成到多芯片模块（MCMs）。
• 芯片尺寸：2.75 mm × 1.805 mm × 0.1 mm的小巧尺寸，适合多种空间受限的应用场景。

二、应用场景

基于其高性能和宽频段的特点，ADPA7002CHIP在多个领域有着广泛的应用：

• 军事和空间领域：在雷达、通信等系统中，需要高增益、高功率和良好线性度的功率放大器来保证信号的远距离传输和准确接收，ADPA7002CHIP能够满足这些严格的要求。
• 测试仪器：在微波和毫米波测试设备中，精确的信号放大是关键，该放大器的稳定性能和宽频段特性使其成为测试仪器的理想选择。

三、规格参数

（一）不同频段性能参数

1. 20 GHz至34 GHz频段

在该频段，放大器表现出较好的增益和功率输出能力。增益典型值为17 dB，增益平坦度为±0.5 dB，增益随温度变化为0.012 dB/℃。噪声系数典型为6 dB，输入和输出回波损耗均为20 dB。P1dB典型为28.5 dBm，PSAT典型为30 dBm，IP3典型为40 dBm。

2. 34 GHz至44 GHz频段

此频段增益典型值为15 dB，增益平坦度为±0.7 dB，增益随温度变化为0.024 dB/℃。噪声系数典型为5 dB，输入回波损耗为25 dB，输出回波损耗为16 dB。P1dB典型为28 dBm，PSAT典型为28.5 dBm，IP3典型仍为40 dBm。

（二）绝对最大额定值

为了保证器件的安全可靠运行，需要注意其绝对最大额定值。如VDox最大为6.0 V，VGG1范围为 -1.6 V至0 V，RF输入功率（RFIN）最大为25 dBm，连续功率耗散（Derate 75.2 mW above 85°C）最大为6.77 W。存储温度范围为 -65°C至+150°C，工作温度范围为 -55°C至+85°C，标称结温为124.9°C，最大沟道温度为175°C，ESD敏感度人体模型（HBM）为Class OA（passed 125 V）。

（三）热阻

热性能与系统设计和工作环境直接相关，需要特别注意印刷电路板（PCB）的热设计。θJC是沟道到外壳的热阻，在特定条件下通过仿真确定。

（四）ESD防护

该器件为静电放电（ESD）敏感设备，尽管有专利或专有保护电路，但仍需采取适当的ESD预防措施，避免性能下降或功能丧失。

四、引脚配置与功能

（一）引脚功能介绍

ADPA7002CHIP具有多个引脚，每个引脚都有其特定的功能。例如，RFIN为RF信号输入引脚，RFOUT为RF信号输出引脚，均为交流耦合并匹配到50 Ω。VGG1A和VGG1B为放大器的栅极控制引脚，VDD1A、VDD2A、VDD3A、VDD1B、VDD2B和VDD3B为放大器的漏极偏置引脚，这些引脚都需要外接4.7 µF和0.01 µF的旁路电容。VREF为参考二极管引脚，用于温度补偿的RF输出功率测量，VDET为探测器二极管引脚，用于测量RF输出功率。

（二）接口原理图

文档中提供了多个接口原理图，如GND、VREF、VDET、RFIN、VGG1A和VGG1B、RFOUT、VDD1A、VDD2A、VDD3A、VDD1B、VDD2B和VDD3B等接口的原理图，这些原理图为电路设计提供了详细的参考。

五、典型性能特性

通过大量的图表展示了该放大器在不同条件下的性能特性，包括增益、回波损耗、噪声系数、输出功率、功率附加效率（PAE）等随频率、温度、漏极电压、静态漏极电流等因素的变化情况。例如，在不同温度和漏极电压下，增益和回波损耗的变化趋势；在不同静态漏极电流下，输出P1dB和PSAT的变化情况等。这些性能特性图为工程师在实际应用中选择合适的工作条件提供了重要依据。

六、工作原理

该放大器采用级联的三级放大器架构，输入信号通过90°混合器均匀分成两路，每路信号经过三个独立的增益级放大后在输出端合并，这种平衡放大器方法实现了15 dB的组合增益和30 dBm的PSAT。同时，一部分RF输出信号通过定向耦合到二极管进行RF输出功率检测，通过VDET引脚将RF功率转换为直流电压进行测量，利用VREF引脚进行温度补偿，使得VREF - VDET的差值提供与RF输出成比例的温度补偿信号。90°混合器确保输入和输出回波损耗> 12 dB。

七、偏置程序

（一）常规偏置顺序

为了获得最佳性能并避免损坏器件，在电源开启和关闭时需要遵循特定的偏置顺序。电源开启时，先连接GND到RF和dc接地，将VGGXA或VGGXB电压设置为 -1.5 V，设置所有漏极偏置电压为5 V，然后增加栅极偏置电压使IDQ = 600 mA，最后施加RF信号。电源关闭时，先关闭RF信号，将VGG1A或VGG1B电压降低到 -1.5 V使IDQ约为0 mA，降低所有漏极偏置电压到0 V，最后将VGGXA或GGGxB电压降低到0 V。

（二）使用HMC980LP4E偏置

HMC980LP4E是一款有源偏置控制器，专为满足ADPA7002CHIP等耗尽型放大器的偏置需求而设计。它能在温度和器件差异下提供恒定电流偏置，正确排序栅极和漏极电压以确保放大器安全运行，并在短路时提供自我保护。内部电荷泵可产生ADPA7002CHIP栅极所需的负电压，也可作为外部负电压源。使用时需遵循特定的电源开启和关闭顺序，同时要注意限制VGATE电压以满足ADPA7002CHIP VGGX的绝对最大额定值要求。

八、安装与键合技术

（一）安装

使用导电环氧树脂将芯片直接连接到接地平面，在安装前在安装表面涂抹适量的环氧树脂，安装后观察到芯片周边有薄的环氧树脂圆角，然后按照制造商的固化时间表进行固化。

（二）键合

RF端口推荐使用0.003 inch × 0.0005 inch的金带进行键合，热超声键合时力控制在40 g至60 g之间。DC键合推荐使用直径0.001 inch（0.025 mm）的键合线，球键合时力控制在40 g至50 g之间，楔形键合时力控制在18 g至22 g之间，所有键合的标称阶段温度为150°C，施加最小的超声能量以实现可靠键合，键合长度应尽可能短，小于12 mil（0.31 mm）。也可使用两根1 mil的短（≤3 mil）RF键合线代替金带。

九、总结与思考

ADPA7002CHIP作为一款高性能的功率放大器，在20 GHz至44 GHz频段展现出了出色的性能。其高增益、高功率输出、良好的线性度和内部匹配特性，使其在军事、空间和测试仪器等领域具有广泛的应用前景。然而，在实际应用中，我们需要充分考虑其绝对最大额定值、热性能和ESD防护等因素，严格遵循偏置程序和安装键合技术要求，以确保器件的安全可靠运行和最佳性能发挥。同时，对于不同的应用场景，我们还需要根据其典型性能特性图选择合适的工作条件，以满足具体的设计需求。大家在使用这款放大器的过程中，有没有遇到过什么特别的问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。