HMC1114：2.7 GHz - 3.8 GHz的10W GaN功率放大器深入解析

在无线通信、雷达等众多领域，功率放大器是关键的组件之一。今天要给大家介绍的是Analog Devices推出的HMC1114，一款工作在2.7 GHz至3.8 GHz频段的10W GaN功率放大器，它具备诸多出色的特性，能满足多种应用需求。

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一、产品特性

HMC1114拥有一系列令人瞩目的特性，使其在同类产品中脱颖而出：

1. 高饱和输出功率：典型的饱和输出功率（PSAT）达到41.5 dBm，能够为系统提供强大的功率支持。
2. 高小信号增益：典型小信号增益为35 dB，可有效放大微弱信号。
3. 高功率增益：对于饱和输出功率，典型功率增益为25.5 dB，确保在高功率输出时仍有良好的增益表现。
4. 宽频带：工作带宽覆盖2.7 GHz至3.8 GHz，能适应多种不同频段的应用场景。
5. 高功率附加效率（PAE）：典型PAE为54%，意味着在输出功率的同时，能有效降低功耗，提高能源利用效率。
6. 高输出IP3：典型输出IP3为44 dBm，可减少信号失真，提高信号质量。
7. 特定供电要求：供电电压$V_{DD}=28 V$，电流为150 mA，采用32引脚、5 mm × 5 mm的LFCSP_CAV封装，便于集成到各种电路中。

二、应用领域

基于其优异的性能，HMC1114在多个领域都有广泛的应用：

1. 公共移动无线电：可用于延长电池续航时间，为公共移动无线电设备提供稳定的功率支持。
2. 无线基础设施：作为功率放大器级，为无线基站等设备提供高功率输出。
3. 测试和测量设备：在测试和测量系统中，准确地放大信号，确保测量结果的准确性。
4. 商业和军事雷达：满足雷达系统对高功率、宽频带放大器的需求。
5. 通用发射机放大：可作为通用发射机的放大模块，提高发射信号的功率。

三、规格参数

3.1 电气规格

在$T{A}=25^{circ} C$，$V{DD}=28 V$，$I_{DQ}=150 mA$，频率范围2.7 GHz至3.2 GHz的条件下，HMC1114有如下典型参数：	参数	符号	最小值	典型值	最大值	单位	测试条件/注释
频率范围		2.7		3.2	GHz
小信号增益			35		dB
增益平坦度			±0.5		dB
4 dB压缩时的功率增益			29		dB
饱和输出功率时的功率增益			25.5		dB	测量在$P_{In}=16 dBm$时进行
输入回波损耗			14		dB
输出回波损耗			11		dB
4 dB压缩时的输出功率	$P_{4dB}$		39		dBm
饱和输出功率	$P_{SAT}$		41.5		dBm
功率附加效率	PAE		54		%
输出三阶交调截点	IP3		44		dBm	测量在$P_{Out/tone}=30 dBm$时进行
目标静态电流	$I_{DQ}$		150		mA	通过调整栅极控制电压（$V{GG1}$，$V{GG2}$）在 -8V至0V之间实现典型$I_{DQ}=150 mA$

不同的$V_{DD}$下，总供电电流典型值均为150 mA，体现了其供电的稳定性。

3.2 绝对最大额定值

了解绝对最大额定值对于正确使用HMC1114至关重要，超过这些值可能会对产品造成永久性损坏：	参数	额定值
漏极偏置电压（$V{DD1}$，$V{DD2}$）	35Vdc
栅极偏置电压（$V{GG1}$，$V{GG2}$）	-8V至0Vdc
RF输入功率（$RF_{IN}$）	30 dBm
最大正向栅极电流	4mA
连续功率耗散（$T_{C}=85^{circ}C$，120℃以上降额227 mW/℃）	24W
热阻（结到焊盘背面）	4.4℃/W
通道温度	225℃
最大峰值回流温度（MSL3）	260℃
存储温度范围	-40℃至+125℃
工作温度范围	-40℃至+85℃
ESD敏感度（人体模型）	1A类，通过250V测试

四、引脚配置与功能描述

HMC1114的引脚配置和功能有明确的定义：	引脚编号	助记符	描述
1 - 3，6 - 9，11，12，14 - 19，22 - 25，28，29，31，32	GND	接地。这些引脚和封装底部（EPAD）必须连接到RF/直流接地。
4，5	$RF_{IN}$	RF输入。这些引脚为直流耦合，匹配到50Ω。
10，13	$V{GG1}$，$V{GG2}$	栅极控制电压引脚。需要1 pF和10 pF的外部旁路电容。
20，21	$RF_{OUT}$	RF输出。这些引脚为交流耦合，匹配到50Ω。
26，27，30	$V{DD1}$，$V{DD2}$，EPAD	放大器的漏极偏置引脚。需要100 pF、1 μF和10 μF的外部旁路电容。暴露焊盘必须连接到RF/直流接地。

五、典型性能特性

文档中给出了大量的典型性能特性曲线，展示了HMC1114在不同条件下的性能表现，例如：

1. 增益和回波损耗与频率的关系：可以看到在不同频率下，增益和回波损耗的变化情况，帮助工程师了解其频率响应特性。
2. 增益与温度、供电电压、供电电流的关系：这些曲线能让工程师预测在不同环境温度和供电条件下，放大器的增益变化，从而进行合理的设计和调整。
3. 输出功率与频率、温度、供电电压、供电电流的关系：对于确定放大器在不同条件下的输出功率能力非常有帮助。
4. 输出三阶交调截点与频率、供电电压、供电电流的关系：有助于评估放大器在多信号环境下的线性度。

六、工作原理

HMC1114由两个串联的增益级组成。推荐的直流偏置条件使器件工作在深度AB类，从而实现高饱和输出功率和高功率附加效率。$V{GG1}$和$V{GG2}$引脚的电压设置场效应晶体管（FET）的栅极偏置，控制漏极电流。其单端输入和输出端口在2.7 GHz至3.8 GHz频率范围内阻抗标称值为50 Ω，可直接插入50 Ω系统，无需额外的阻抗匹配电路，多个放大器还可直接级联。不过，要确保GND引脚和封装底部暴露焊盘有低电感的接地连接，以保证稳定运行。同时，务必注意不要超过绝对最大额定值，以免损坏器件。

七、应用信息

7.1 推荐偏置序列

上电时

1. 连接到地。
2. 将$V{GG1}$和$V{GG2}$设置为 -8 V。
3. 将$V{DD1}$和$V{DD2}$设置为28 V。
4. 增加$V{GG1}$和$V{GG2}$以实现典型$I_{DQ}=150 mA$。
5. 施加RF信号。

下电时

1. 关闭RF信号。
2. 将$V{GG1}$降低到 -8 V以实现典型$I{DQ}=0 mA$。
3. 将$V{DD1}$和$V{DD2}$降低到0 V。
4. 将$V_{GG1}$增加到0 V。

7.2 典型应用电路

文档中给出了典型应用电路的示意图，RFIN端口为直流耦合，需要一个合适的外部直流阻断电容；RFOUT端口有片上直流阻断电容，无需外部交流耦合电容。

7.3 评估印刷电路板（PCB）

EV1HMC1114LP5D评估PCB可供使用，使用时应采用RF电路设计技术，为信号线提供50 Ω阻抗，将封装接地引脚和暴露焊盘直接连接到接地平面，并使用足够数量的过孔连接顶层和底层接地平面。

八、订购指南

提供了不同型号的订购信息，包括HMC1114LP5DE、HMC1114LP5DETR和EV1HMC1114LP5D（评估板），方便工程师根据需求进行选择。

HMC1114以其出色的性能和丰富的特性，为电子工程师在设计高功率、宽频带放大器电路时提供了一个优秀的选择。在实际应用中，工程师需要根据具体的需求和系统要求，合理配置偏置条件，注意接地和散热等问题，以充分发挥其性能优势。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区交流分享。