13 to 24.6 GHz Output x2 Active Frequency Multiplier ADH814S 技术解析

一、引言

在电子工程领域，频率倍增器是实现特定频率输出的重要器件。今天我们要深入探讨的是 Analog Devices 公司的 ADH814S 13 至 24.6 GHz 输出 x2 有源频率倍增器，它专为太空应用而设计，具有严格的性能要求和规范。

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二、规格概述

2.1 适用范围

本规格书详细规定了符合 MIL - PRF - 38534 类 K 标准的太空级芯片的具体要求，同时《SPACE DIE BROCHURE》中描述的制造流程也是本规格的一部分。这里主要介绍该产品的太空级版本，商业级产品的详细操作说明和完整数据手册可在 [https://www.analog.com/hmc814 - die](https://www.analog.com/hmc814 - die) 查看。

2.2 产品编号

文档未明确给出具体编号，但强调了此规格对应的完整产品编号。

三、芯片信息

3.1 芯片尺寸

芯片尺寸为 45.6 mils x 44.5 mils，厚度为 4 mils，键合焊盘和背面金属化材料为金（Au）。

3.2 芯片图片及引脚说明

芯片引脚包括 RFIN（射频输入）、Vdd1 和 Vdd2（电源电压）、RFOUT（射频输出），芯片底部为接地端（GND）。

3.3 焊盘描述

焊盘编号	功能	描述	接口原理图
1	RFIN	焊盘交流耦合并匹配到 50 欧姆
2, 3	Vdd1, Vdd2	每个焊盘推荐使用 100 pF、1000 pF 和 2.2 µF 的外部旁路电容，电源电压为 +5 V ± 0.5 V
4	RFOUT	焊盘交流耦合并匹配到 50 欧姆
芯片底部	GND	芯片底部必须连接到射频/直流接地端

四、规格参数

4.1 绝对最大额定值

参数	数值
RF 输入功率（Vdd1 = Vdd2 = +5 V）	+10 dBm
电源电压（Vdd1, Vdd2）	+5.5 Vdc
通道温度	175 °C
热阻（通道到芯片底部）	115 °C/W
存储温度范围	- 65°C 至 +150°C
工作温度范围（性能）	- 40 °C 至 +85 °C
工作温度范围	- 55 °C 至 +85 °C
ESD 敏感度（HBM）	0 类

4.2 推荐工作条件

电源电压（Vdd1 = Vdd2）为 +4.5 Vdc 至 +5.5 Vdc，驱动电平范围为 +0 dBm 至 +6 dBm。

4.3 标称工作性能特性

参数	数值
Fo 隔离度（相对于输出电平）	24 dBc
3Fo 隔离度（相对于输出电平）	22 dBc
4Fo 隔离度（相对于输出电平）	23 dBc
输入回波损耗	7 dB
输出回波损耗	7 dB

4.4 标称隔离性能特性

在 (T_{A}=25^{circ} C)、(Vdd1 = Vdd 2=+3.5 V)、+4 dBm 驱动电平以及 RFOUT 频率范围为 13 GHz 至 24.6 GHz 的条件下，Fo 隔离度为 24 dBc，3Fo 隔离度为 19 dBc，4Fo 隔离度为 13 dBc。

五、芯片鉴定

依据 MIL - PRF - 38534 的 K 类版本附录 C 表 C - II 进行鉴定，但有部分修改：

1. 芯片鉴定前需要进行预筛选测试，以去除所有与组装相关的不合格品。
2. 不进行机械冲击或恒加速度测试。
3. 中间和老化后的电气测试仅在 +25 °C 下进行。

六、芯片电气特性

6.1 芯片电气特性表（TABLE I）

参数	符号	条件	最小值	最大值	单位
输出功率	POUT	(TA = +25^{circ} C)，Vdd1 = Vdd2 = +5 Vdc，+4 dBm 驱动电平，FOUT = 14 GHz 和 24.6 GHz	14		dBm
电源电流（Idd1 + Idd2）	Idd	无驱动电平施加在 RFIN，条件同上		100	mA

6.2 鉴定样品电气特性表（TABLE II）

子组	参数	符号	条件	最小值	最大值	单位
4	输出功率	POUT	(TA Nom = +25^{circ} C)，(TA Max = +85^{circ} C)，(TA Min = - 40^{circ} C)，Vdd1 = Vdd2 = +5 Vdc，+5.5 dBm 驱动电平，FOUT = 14 GHz 和 24.6 GHz	14		dBm
5, 6	输出功率	POUT	条件同上	10		dBm
1, 2, 3	电源电流（Idd1 + Idd2）	Idd	无驱动电平施加在 RFIN，条件同上		100	mA

6.3 老化/寿命测试增量限制表（TABLE III）

参数	符号	增量	单位
输出功率	POUT	± 1	dB
电源电流（Idd1 + Idd2）	Idd	± 10	%

七、芯片外形

焊盘	描述	焊盘尺寸
1	RFIN	.0054[.136] X .0039[.100]
2	Vdd1	.0039[.100] X .0039[.100]
3	Vdd2	.0039[.100] X .0039[.100]
4	RFOUT	.0074[.188] X .0039[.100]

注意事项：

1. 所有尺寸单位为英寸 [毫米]。
2. 芯片厚度为 .004"。
3. 典型键合焊盘为 .004" 正方形。
4. 键合焊盘金属化为金。
5. 背面金属化为金。
6. 背面金属为接地。
7. 未标记的键合焊盘无需连接。
8. 芯片整体尺寸公差为 ±.002"。

八、应用注意事项

8.1 芯片组装

芯片应使用共晶混合物或导电环氧树脂直接连接到接地平面。推荐使用 0.127 mm（5 mils）厚的氧化铝薄膜基板上的 50 Ω 微带传输线来连接芯片的射频输入和输出。如果使用 0.254 mm（10 mils）厚的氧化铝薄膜基板，芯片应抬高 0.15 mm（6 mils），使其表面与基板表面共面，可通过将 0.102 mm（4 mils）厚的芯片连接到 0.150 mm（6 mils）厚的钼散热片（moly - tab），然后将其连接到接地平面来实现。微带基板应尽可能靠近芯片，以最小化键合线长度，典型的芯片到基板间距为 0.076 mm（3 mils）。推荐使用宽度为 0.075 mm（3 mils）且长度小于 0.31 mm（< 12 mils）的金带，以最小化射频端口的电感。

8.2 旁路电容

在 Vdd1 和 Vdd2 输入上应使用射频旁路电容，推荐使用一个 100 pF 的单层电容（通过共晶或导电环氧树脂安装），且距离芯片不超过 0.762 mm（30 mils）。

九、典型性能特性

所有典型性能特性在 (Vdd 1 = Vdd 2 = +5 V)、+4 dBm 驱动电平以及 (T_{A}= +25^{circ} C) 的条件下适用，包括输出功率与温度、电源电压、驱动电平的关系，以及隔离度与输出频率、温度的关系等。

十、芯片封装信息

标准封装为 GP - 2（Gel Pack），如需了解替代封装信息，请联系 Analog Devices Inc。

十一、总结

ADH814S 频率倍增器在太空应用中具有重要价值，其严格的规格参数和详细的应用说明为工程师在设计相关电路时提供了可靠的参考。在实际应用中，工程师需要根据具体需求和条件，合理选择工作参数和组装方式，以确保芯片的性能和可靠性。你在使用类似频率倍增器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。