MAX2371/MAX2373：带步进衰减器和VGA的低噪声放大器深度解析

在射频接收系统的设计中，低噪声放大器（LNA）是至关重要的前端组件，它直接影响着整个系统的灵敏度和噪声性能。今天我们要深入探讨的是Maxim公司的MAX2371/MAX2373宽频带低噪声放大器，这两款芯片专为直接转换接收器（DCR）或极低中频（VLIF）接收器应用而设计，具有诸多出色的特性。

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一、产品概述

MAX2371/MAX2373是单通道、单端低噪声放大器，具备可切换衰减器和自动增益控制（AGC）功能，可作为低噪声增益级使用。它们能在100MHz至1GHz的宽频率范围内工作，不过实际应用中通常只需窄带，可通过不同的匹配电路来实现。通过数字/模拟控制引脚，能动态配置芯片，选择最大增益和低噪声系数模式或节能模式，还具有高/低电流模式、高/低衰减模式、线性控制增益状态以及关断模式。

二、产品特性

1. 优异的噪声和增益性能

• 低噪声系数：典型值为1.8dB，能有效降低系统噪声，提高接收灵敏度。
• 高小信号增益：标称值为15dB，为系统提供足够的增益。

  2. 宽频率范围

  可在100MHz至1GHz的频率范围内工作，能满足多种不同频段的应用需求。

  3. 灵活的增益控制

• 20dB步进衰减器：可实现增益的步进调整。
• 45dB AGC范围（不包括步进衰减器）：能根据输入信号强度自动调整增益，确保系统在不同信号强度下都能稳定工作。

  4. 低功耗设计

• 单电源工作：工作电压范围为2.65V至3.3V，方便电源设计。
• 低功耗模式：关断模式下功耗极低，正常工作时电源电流为3.5mA，可调节至最低2.5mA。

  5. 高隔离度

  具有40dB的反向隔离度，能有效减少信号的反向干扰。

三、应用领域

• 直接转换接收器（DCR）：在直接将射频信号转换为基带信号的接收器中，MAX2371/MAX2373能提供低噪声放大和灵活的增益控制，确保信号的高质量接收。
• 极低中频接收器（VLIF）：对于需要极低中频处理的接收器，这两款芯片能满足其对噪声和增益的严格要求。

四、电气特性

1. 直流电气特性

• 电源电压：范围为2.65V至3.3V，典型值为2.775V。
• 电源电流：在不同工作模式下有不同的电流值，如RX_EN = low，VCC = 3.3V时，电流典型值为0.5µA；LNA_I = high，RF_ATTN = low时，电流为3.5 - 5.5mA；LNA_I = low时，电流为2.5 - 3.5mA。
• 数字输入逻辑电平：数字输入引脚（LNA_I、RF_ATTN、RX_EN）的逻辑高电平为0.7 × VCC至VCC，逻辑低电平为0至0.3 × VCC。

  2. 交流电气特性

• 射频频率范围：MAX2371的低频段为136 - 174MHz，MAX2373的高频段为850 - 940MHz。
• 输入回波损耗（S11）：在不同工作模式和频率下有不同的值，如LNA_I = high，RF_ATTN = low时，MAX2371的S11典型值为 -12dB至 -9.5dB。
• 反向隔离度（S12）：在AGC范围内，MAX2371的反向隔离度典型值为 -40dB至 -35dB，MAX2373为 -42dB至 -35dB。
• 最大功率增益：在不同工作模式和温度下有不同的值，如LNA_I = high，TA = +25°C，VCC = 2.775V时，MAX2371的最大功率增益为13 - 16dB。

五、引脚配置与功能

1. 引脚功能

引脚	名称	功能
1	LNA_IN	RF输入，需要直流阻断电容和外部匹配网络。
2	LNA_E	LNA发射极，通过电感连接到地。
3	RX_EN	接收使能引脚，高电平使能LNA，低电平禁用LNA。
4	RF_ATTN	衰减器控制引脚，高电平为低增益模式，低电平为高增益模式。
5	AGC	AGC输入电压引脚，设置为VCC/2时放大器为全增益，设置为VCC时为最小增益。
6	LNA_I	LNA标称偏置电流设置引脚，高电平为高电流模式，低电平为低电流模式。
7	LNA_OUT	RF输出引脚，需要上拉电感和外部匹配网络。
8	LNA_VCC	AGC放大器的电源电压。
9	AGC_BYP	AGC旁路引脚，连接电容到地。
10	RSET	外部引脚，通过精密电阻连接到地，设置IC的参考偏置电流。
11	RF_VCC	LNA的电源电压，需通过电容旁路到地。
12	GND	接地。
EP	暴露焊盘	内部连接到地，连接到大面积接地平面以提高散热性能。

2. 电感选择

不同频段需要选择不同的电感值，以实现最佳性能。例如，150MHz（VHF）频段选择33nH的电感，450MHz（UHF）频段低波段选择10nH电感，高波段选择2.7nH电感等。

六、AGC控制与匹配网络设计

1. AGC控制

AGC由AGC引脚的外部电压控制，电压为VCC/2时放大器为全增益，电压为VCC时为最小增益，AGC衰减范围连续可变，可达45dB。芯片具有两种增益模式，通过RF_ATTN引脚控制，低增益模式可降低增益约20dB，同时提高系统IP3约18dB，增强系统对强信号过载和互调的保护能力。AGC与增益模式的选择相互独立，增益模式间的增益阶跃与AGC范围相结合，可实现大的整体增益控制范围。

2. 匹配网络设计

为获得最佳性能，需将LNA_IN和LNA_OUT匹配到50Ω。EV套件中展示了两个频段（136MHz至174MHz和850MHz至940MHz）的典型匹配电路。输入需要直流阻断电容，电容大小会影响启动时间和IP3，需要进行权衡。此外，可通过改变LNA_E的发射极电感来调整线性度和增益，但改变电感值时需要调整输入匹配。输出为开集电极，需要上拉电感，也可连接负载电阻，电阻大小决定匹配带宽和增益的权衡。

七、布局与电源设计要点

1. 布局要点

• 注意电源供应问题和RFOUT匹配网络的布局，可参考EV套件的布局。
• 接地连接和电源旁路是最重要的，确保接地良好和电源稳定。

  2. 电源旁路

  MAX2371/MAX2373有两个电源引脚（LNA_VCC和RF_VCC），需分别进行旁路。LNA_VCC和RF_VCC分别使用1500pF（MAX2371）或100pF（MAX2373）的电容进行去耦，每个旁路电容使用独立的路径连接到接地平面，并尽量减小走线长度以降低电感。暴露焊盘需通过低阻抗过孔连接到系统地。

  3. 电源布局

  理想的电源布局是星型配置，在中央VCC节点处使用大的去耦电容，VCC走线从中央节点分支到PCB板上的各个独立VCC节点，每个走线末端使用在工作射频下具有低ESR的旁路电容，以实现每个VCC引脚的局部去耦。

八、总结

MAX2371/MAX2373是一款功能强大、性能优异的低噪声放大器，具有宽频率范围、灵活的增益控制、低功耗等诸多优点，能满足直接转换接收器和极低中频接收器等多种应用的需求。在设计过程中，需要充分考虑其电气特性、引脚配置、AGC控制、匹配网络设计以及布局和电源设计等方面的要点，以实现最佳的系统性能。大家在实际应用中是否遇到过类似芯片在布局或匹配网络设计上的难题呢？欢迎在评论区分享交流。