MAX4473：低成本、低电压的GSM功率放大器控制芯片

引言

在GSM应用中，对功率放大器（PA）的精确控制至关重要，它直接影响着通信的质量和效率。今天要给大家介绍的MAX4473，就是一款专为GSM功率放大器闭环偏置控制而设计的低成本、低电压功率控制放大器。

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一、产品概述

MAX4473是一款电压控制的单向高端电流设置放大器，适用于需要精确控制PA电源电流的应用。它主要用于基于无线时分多址（TDMA）的系统，如GSM和DECT，这些系统对PA的发射脉冲和输出功率有严格限制，需要对PA的输出功率进行闭环控制。

工作原理

该芯片通过控制电压精确控制输送到功率放大器（PA）的电流。误差放大器会感应电源和PA之间外部电流检测电阻上的电压降，然后调整PA增益，直到电流与施加到MAX4473的功率控制电压成比例。这种独特的拓扑结构在TDMA系统中非常有用，因为这些系统需要精确的发射脉冲整形和功率控制。

供电与功耗

MAX4473采用2.7V至6.5V的单电源供电，典型供电电流为1.2mA。误差放大器的共模范围从1V到VCC，功率控制输入和误差放大器输出可实现轨到轨摆动。它还具有低功耗关断模式，可将供电电流降至小于1µA，并在误差放大器输出端激活板载有源下拉。快速的使能/禁用时间为0.9µs，在不影响动态性能的情况下降低了平均功耗。

二、产品特性

1. 优化的GSM时序要求：满足GSM系统对时序的严格要求，确保精确的发射脉冲和功率控制。
2. 宽电源电压范围：2.7V至6.5V的单电源供电，适用于多种电源环境。
3. 低功耗：典型供电电流为1.2mA，关断模式下供电电流小于1µA。
4. 快速使能/禁用：保证了0.9µs的使能/禁用时间，有助于降低平均功耗。
5. 轨到轨输出：误差放大器输出和功率控制输入均可实现轨到轨摆动，提高了信号处理能力。
6. 灵活的电阻配置：用户可选择的电流检测和增益设置电阻，提供了最大的灵活性。
7. 小封装：采用节省空间的8引脚µMAX封装，适合小型化设计。

三、应用领域

1. GSM手机：为GSM手机的功率放大器提供精确的电流控制，提高通信质量。
2. 无绳电话：确保无绳电话在不同环境下的稳定通信。
3. 精密电流控制：可用于需要精确电流控制的其他应用场景。
4. 高频伺服环路：在高频伺服环路中实现精确的控制。

四、电气特性

电源相关特性

参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
电源电压	-	2.7	-	6.5	V
供电电流	VPC = 0	-	1.2	2	mA
关断供电电流	SHDN < 0.4V, RL = 10 Ω	-	0.03	1	µA

误差放大器特性

误差放大器的输入失调电压、输入偏置电流、共模抑制比等参数都有良好的表现。例如，在1V < VSR1, VSR2 < VCC条件下，输入失调电压典型值为±0.5mV，最大为±2mV。共模抑制比在VCC = 2.7V时最小为65dB，VCC = 6.5V时最小为75dB。

输出特性

输出电压摆幅在不同负载电阻下有所不同，如RL = 10 Ω至VCC / 2时，输出电压摆幅为0.15V至VCC - 0.15V；RL = 500 Ω至VCC / 2时，为0.5V至VCC - 0.5V。输出电流限制为20mA，增益带宽积为2MHz，相位裕度为60度，压摆率为1.8V/µs。

使能/禁用时间

从SHDN边沿的50%到VOUT = 1V，VPC = 2V时，使能/禁用时间典型值为0.9µs，最大为1.5µs。

增益控制缓冲器和V - TO - I转换器特性

PC输入偏置电流在GND < VPC < VCC - 0.15V时，典型值为±0.04µA，最大为±1µA。SR3输出电流限制在VPC < 2.55V, SR1 = SR2 = VCC时，最小为0.750mA，典型值为4mA。

五、引脚描述

引脚名称	功能
SR1	误差放大器的反相输入，通过增益电阻RG1连接到电流检测电阻的电源侧
SR2	误差放大器的同相输入，通过增益电阻RG2连接到电流检测电阻的负载侧，RG2应等于RG1
SHDN	关断输入，低电平禁用所有放大器，将OUT拉至GND，降低供电电流至小于1µA；高电平或连接到VCC为正常工作
PC	功率控制输入，施加电压以设置通过检测电阻的直流电流，控制PA偏置
GND	接地
SR3	V - TO - I转换器的反相输入和V - TO - I FET的源极，通过增益电阻RG3连接到地
OUT	误差放大器的输出，在偏置控制应用中连接到功率放大器的增益控制引脚
VCC	+2.7V至+6.5V电压供应输入，用0.1µF电容旁路到地

六、详细工作过程

在典型工作电路中，PA电源电流从系统电源流经外部电流检测电阻（RSENSE）到PA。误差放大器A3的轨到轨输出调整PA的增益，直到RSENSE上的电压降等于外部增益电阻RG1上的电压降。RG1上的电压降由A1、A2和V - TO - I FET Q1设置。施加到输入缓冲器PC输入的电压通过电阻分压器网络除以4，A2迫使反相输入和Q1的源极电压为VPC / 4，从而设置RG3上的电压，进而设置通过RG1的电流。PA电源电流可根据公式(ICCPA =(VPC cdot RG1 ) /(4 cdot RSENSE cdot RG 3))进行设置。

七、关断模式

当SHDN为逻辑低电平（SHDN < 0.4V）时，放大器A1、A2和A3关闭，Q1关闭，A3的输出通过N沟道FET主动拉至地，供电电流降至小于1µA。典型上电时间为0.9µs，典型下电时间为0.3µs。

八、应用信息

增益电阻选择（RG1, RG2, RG3）

为了确保正常工作，外部增益电阻RG1和RG2的值不应大于RG3的两倍。在大多数实际应用中，选择RG1小于RG3以限制RG1和RSENSE上的电压降，因为RSENSE上的大电压降会显著降低施加到PA的电压，从而降低PA输出功率。建议将RG2设置为等于RG1，以补偿A3的输入偏置电流。RG3的推荐值在1kΩ至10kΩ之间。

检测电阻选择（RSENSE）

选择RSENSE时需要考虑以下因素：

1. 电压损失：高RSENSE值会导致电源电压因IR损耗而降低，为了最小化电压损失，应使用低RSENSE值。
2. 精度：高RSENSE值允许更精确地测量较低电流，因为当检测电压较大时，输入失调电压的影响会减小。为了获得最佳性能，应选择RSENSE在每个应用中为满量程电流提供约100mV的检测电压。
3. 效率和功耗：在高电流水平下，RSENSE中的(I^{2}R)损耗显著，选择电阻值时需要考虑其功耗（瓦数）额定值，同时要注意避免电阻过热导致值漂移。

九、总结

MAX4473是一款功能强大、性能优越的PA功率控制放大器，适用于GSM等TDMA系统。它具有低功耗、快速响应、灵活配置等优点，通过合理选择外部电阻，可以满足不同应用场景的需求。各位工程师在设计相关电路时，可以考虑使用这款芯片，相信它会为你的设计带来便利和更好的性能表现。你在使用类似芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。