MAX19791：50MHz - 4000MHz 双路模拟电压可变衰减器的深度解析

在电子工程领域，对于高性能、宽频带的模拟电压可变衰减器（VVA）的需求一直存在。Maxim Integrated推出的MAX19791就是这样一款具有卓越性能的产品，它为众多射频应用提供了理想的解决方案。

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一、产品概述

MAX19791是一款双路通用模拟电压可变衰减器，专为工作在50MHz至4000MHz频率范围的50Ω系统设计。其内部包含专利控制电路，每个衰减器可提供23dB的衰减范围，典型线性控制斜率为8dB/V。两个衰减器可共享一个通用模拟控制，级联使用时可实现46dB的总衰减范围，典型组合线性控制斜率为16dB/V（5V工作时）。此外，芯片上集成了一个4线SPI控制的10位DAC，可用于控制两个衰减器，还具备升降档功能，允许用户通过命令脉冲进行可编程的衰减器步进调节，而无需重新编程SPI接口。

该产品采用Maxim专有的SiGe BiCMOS工艺制造，可在单+5V或单+3.3V电源下工作，采用紧凑的36引脚TQFN封装（6mm x 6mm x 0.8mm），带有外露焊盘，在-40°C至+100°C的扩展温度范围内保证电气性能。

二、应用领域

MAX19791的应用范围十分广泛，涵盖了各种宽带系统应用，包括：

1. 无线基础设施：如WCDMA/LTE、TD - SCDMA/TD - LTE、WiMAX®、cdma2000®、GSM/EDGE和MMDS基站。
2. 卫星通信：VSAT/卫星调制解调器。
3. 微波点对点系统。
4. 增益调整：线路增益微调。
5. 温度补偿：温度补偿电路。
6. 自动电平控制：自动电平控制（ALC）。
7. 收发增益控制：发射机增益控制和接收机增益控制。
8. 测试设备：通用测试设备。

三、产品特性

（一）宽带覆盖

工作频率范围为50MHz至4000MHz，能够满足大多数射频应用的需求。

（二）高线性度

在全衰减范围内，IIP3大于+37.4dBm，输入P1dB为+22.6dBm，确保了信号的高质量传输。

（三）集成设计

在一个单片器件中集成了两个模拟衰减器，减少了电路板空间和成本。

（四）灵活控制

提供两种便捷的控制选项：单模拟电压控制和芯片上SPI控制的10位DAC控制，还支持升降档脉冲命令输入。

（五）灵活的衰减控制范围

每个衰减器可提供23dB的衰减范围，两个衰减器级联时可达到46dB的总衰减范围。

（六）线性dB/V模拟控制响应曲线

简化了自动电平控制和增益微调算法。

（七）优异的衰减平坦度

在宽频率范围和衰减设置下，具有出色的衰减平坦度。

（八）片上比较器

可用于对衰减器控制电压进行逐次逼近测量。

（九）低功耗

仅需13mA的电源电流，适合低功耗应用。

（十）电源兼容性

支持单5V或3.3V电源电压，并且与MAX19792、MAX19793引脚兼容，与MAX19794通过添加两个并联电容后引脚兼容，与MAX19790 PCB兼容。

（十一）环保封装

采用无铅（Pb）封装，符合环保要求。

四、电气特性

（一）绝对最大额定值

参数	数值
VCC	-0.3V至+5.5V
REF_IN	-0.3V至Min(VCC + 0.3V, 3.6V)
REF_SEL、DAC_LOGIC、MODE、DWN、UP、DIN、CLK、CS	-0.3V至Min(VCC + 0.3V, 3.6V)
COMP_OUT、DOUT	-0.3V至+3.6V
IN_A、OUT_A、IN_B、OUT_B	-0.3V至VCC + 0.3V
CTRL（测试模式除外）	-0.3V至VCC + 0.3V
最大CTRL引脚负载电流（CTRL配置为输出）	0.3mA
RF输入功率（IN_A、IN_B、OUT_A、OUT_B）	+20dBm
连续功率耗散	2.8W
工作外壳温度范围	-40°C至+100°C
最大结温	+150°C
存储温度范围	-65°C至+150°C
引脚温度（焊接，10s）	+300°C
焊接温度（回流）	+260°C

（二）3.3V和5V直流电气特性

在不同电源电压下，MAX19791具有不同的电气特性，如电源电压、电源电流、控制电压范围等。具体参数可参考数据手册中的详细表格。

（三）交流电气特性

在3.3V和5V电源下，分别给出了插入损耗、输入P1dB、IIP2、IIP3、谐波等交流电气特性，以及衰减控制范围、平均和最大衰减控制斜率等参数。例如，在5V电源下，一个衰减器的插入损耗典型值为2.0dB，两个衰减器级联时为3.9dB；输入P1dB可达22.6dBm；IIP3在一个衰减器时可达37.4dBm，两个衰减器级联时为35.5dBm。

五、引脚配置与描述

MAX19791的引脚配置和功能如下：	引脚编号	引脚名称	描述
1, 3, 6, 7, 9, 10, 12, 26, 27, 28, 30, 33, 34, 36	GND	接地，使用低电感布局技术连接到电路板的接地平面
2	OUT_A	衰减器A的RF输出，内部在工作频率范围内匹配到50Ω，使用时需直流块，不使用时可悬空
4, 31	N.C.	无内部连接，可悬空或接地，若要支持MAX19794，需在这些引脚上连接0402电容到地
5	VCC	衰减器A的电源，需通过电容和电阻旁路到GND
8	IN_A	衰减器A的RF输入，内部在工作频率范围内匹配到50Ω，使用时需直流块，不使用时可悬空
11	CTRL	衰减器控制电压输入，测试模式除外，使用时需注意VCC的存在
13	VCC	模拟电源电压，需尽可能靠近器件使用电容旁路到GND
14	REF_IN	DAC参考电压输入（可选）
15	REF_SEL	DAC参考电压选择逻辑输入，逻辑0启用片上DAC参考，逻辑1使用片外DAC参考（引脚14）
16	DAC_LOGIC	DAC逻辑控制输入
17	COMP_OUT	比较器逻辑输出，使用4.7pF电容减少比较器状态变化时的潜在上升时间毛刺
18	MODE	衰减器控制模式逻辑输入，逻辑1启用衰减器步进控制，逻辑0启用衰减器SPI控制
19	DWN	下降脉冲输入，逻辑脉冲为0表示每次下降一步
20	UP	上升脉冲输入，逻辑脉冲为0表示每次上升一步
19/20	DWN/UP	两个引脚都为逻辑0时，将衰减器重置为最小衰减状态
21	CLK	SPI时钟输入
22	DIN	SPI数据输入
23	DOUT	SPI数据输出
24	CS	SPI芯片选择输入
25	VCC	数字电源电压，需尽可能靠近器件使用电容旁路到GND
29	OUT_B	衰减器B的RF输出，内部在工作频率范围内匹配到50Ω，使用时需直流块，不使用时可悬空
32	VCC	衰减器B的电源，需通过电容和电阻旁路到GND
35	IN_B	衰减器B的RF输入，内部在工作频率范围内匹配到50Ω，使用时需直流块，不使用时可悬空
EP	外露焊盘	内部连接到GND，需焊接到PCB上使用多个接地过孔的焊盘，以提供热传递和RF性能

六、详细描述与控制模式

（一）详细描述

MAX19791的每个衰减器可提供23dB的衰减范围，线性控制斜率为8dB/V。两个衰减器可级联使用，提供46dB的总动态范围，组合线性控制斜率为16dB/V。除了模拟控制外，还可通过片上4线SPI控制的10位DAC进行控制，并且具备升降档功能。

（二）控制模式

1. 纯模拟模式控制：在表1状态（0, 0）下，衰减器由施加到CTRL引脚的电压控制，片上DAC禁用。当不需要SPI总线功能时，可通过将引脚14 - 25接地，使MAX19791以纯模拟控制模式工作，此时与MAX19790引脚兼容。
2. DAC模式控制：在表1状态（1, 0）下，衰减器由片上10位DAC寄存器控制。此时，CTRL引脚无信号，CTRL引脚负载应>100kΩ。通过SPI加载寄存器中的代码和MODE引脚的设置来设置DAC。
3. 带报警监控的模拟模式控制：在表1状态（0, 1）下，衰减器由施加到CTRL引脚的电压控制。同时，DAC启用，将DAC电压与CTRL电压在比较器输入处进行比较，当VCTRL超过片上DAC电压时，比较器输出（COMP_OUT）从高电平变为低电平。
4. DAC测试模式：在表1状态（1, 1）下，衰减器由片上10位DAC寄存器控制。此时，DAC启用，DAC电压出现在CTRL引脚。此模式仅用于DAC电压的生产测试，不建议客户使用。

（三）寄存器模式上下操作

MAX19791有四个13位寄存器用于设备操作。第一个位是读写位，接下来的两个是地址位，其余10位是所需的数据位。通过读写位和地址位可以选择要读写的寄存器。

当MODE为0时，寄存器0的内容加载到10位DAC寄存器中，设置片上DAC的值，此时UP和DWN控制引脚无效。当MODE为1时，馈送到10位DAC寄存器的有效DAC代码等于：[m times Register 1 - n times Register 2]，其中m和n分别是UP和DWN控制步骤的累积数量。

（四）SPI接口

MAX19791可通过4线SPI兼容串行接口进行控制。在写模式下，一个13位字通过DIN引脚加载到设备中，CS置低。写模式下字的第一位为0，接下来的两位选择要写入的寄存器，接下来的10位包含要写入所选寄存器的数据。在13位数据移入后，施加一个低到高的CS命令，将10位数据锁存到所选寄存器中。

在读取模式下，第一个时钟输入的位为1，表示要读取寄存器。接下来的两个时钟位形成要读取的寄存器的地址。数据从DOUT引脚开始时钟输出，在A0捕获后开始传输，10位数据传输完成后或CS在传输过程中变为高电平时，DOUT引脚进入高阻抗状态。

七、布局与电源考虑

（一）布局考虑

对于RF/微波电路，设计良好的PCB至关重要。应尽量缩短RF信号线，以减少损耗、辐射和电感。为了获得最佳性能，应将接地引脚的走线直接连接到封装下方的外露焊盘，该焊盘必须通过多个过孔连接到电路板的接地平面，以提供最佳的RF和热传导路径。

（二）电源旁路

适当的电源旁路对于高频电路的稳定性至关重要。每个VCC引脚都应使用尽可能靠近器件的电容进行旁路，最小的电容应最靠近器件。具体的电容和电阻值可参考典型应用电路和表7。

（三）外露焊盘RF和热考虑

器件36引脚TQFN封装的外露焊盘（EP）为芯片提供了低热阻路径。PCB的设计应能够从该接触点传导热量，同时为器件提供低电感的RF接地路径。外露焊盘必须焊接到PCB的接地平面，以确保有效的热传递和RF性能。

八、典型应用电路

MAX19791的典型应用电路根据不同的配置（仅衰减器A、仅衰减器B、级联配置）有不同的连接方式。具体的电路连接和元件值可参考数据手册中的详细说明。

九、订购信息

MAX19791有不同的型号可供选择，如MAX19791ETX+和MAX19791ETX+T，温度范围为-40°C至+100°C，采用36引脚TQFN - EP封装。其中，“+”表示无铅（Pb）/RoHS兼容封装，“T”表示卷带包装。

总之，MAX19791是一款功能强大、性能优异的双路模拟电压可变衰减器，适用于各种宽带射频应用。电子工程师在设计相关电路时，可以根据具体需求充分利用其特性和功能，实现高效、稳定的系统设计。你在使用这款产品时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。