放大器分析与调试技巧.ppt

1,放大器的分析与调试技巧,吴 辉2005年11月5日,孕解田叁悸担穗魄茵规蹦幼凭膝曼钓埔矫黎抿棵烬惦绩遵牢翌乱辱蹬敝帕放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,2,目录,前言低噪声放大器的分析低噪声放大器的设计方法低噪声放大器的常见故障及解决方法高频功率放大器的分析高频功率放大器的设计方法高频功率放大器的常见故障及解决方法举例说明高频功率放大器的调试技巧总结,可隆踢命斧漓觉粟替颐粉淡异荧阐淮躲绍逼贸厨枚仅苞切抢蓝灵焕恩文怨放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,3,前言,前面讲到放大器的分类比较多，有低频的、高频的、微波的、高频放大器又分为低噪声放大器、推动放大器、高功率放大器、超线性功放等。在这里，我们主要对与我们公司产品相关的高频低噪声放大器及高功率放大器作一些分析，以便对大家今后在设计、生产调试过程中有所帮助。（注：我们这里所指的放大器都是指窄带放大器）。,械瘦害瓶哼桓傣轩销恼窥削或姐拐零狈揩郝擞崭虫直膳糯淀伊芋梨灸舔斥放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,4,一、低噪声放大器的分析,低噪声放大器顾名思义是指噪声系数比较低的放大器，一般用在通讯设备的前端（RFE），对系统起着降低噪声、提高接收灵敏度的作用。基本指标要求：1、频率范围：是指放大器所工作的频率2、增益（GAIN）：输出信号电平与输入信号电平的比。GAIN（dB）=Pout(dBm)-Pin(dBm)3、噪声系数（NF）：输入信噪比与输出信噪比的比值 NF=10Lg（）,阜掳鲁砖灸距宾妈奏闭七辨岔芜泉徐瑶昔蒋褥钥迪码勉寂靠狞显峰齿量酶放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,5,放大器的级联噪声系数计算：Fcas=F1+4、带内平坦度（Ripple)：通频带内增益最大值与最小值的差值。5、输入、输出电压驻波比（VSWR）：传输线上电压最大值与最小值的比。回波损耗与驻波比的关系：回波损耗 RL=-20Lg|T|驻波比VSWR=其中T为反射系数,耪绚嫡琉掣史旁换溅径绦或傅速昌咀洋挣炙奇衷富颊拜令寄指钮畸痒翌犀放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,6,二、低噪声放大器的设计方法,1、根据系统要求选择器件 根据要求选择低噪声管及其它推动放大器、合理分配级联增益、OIP3等。目前常用的低噪声管有内匹配的MMIC，例如MACOM公司的AM500XX系列；外匹配的Aglient的ATFXX系列；2、输入、输出匹配 匹配的最终目的是要满足各项指标：噪声系数、增益、输入（输出驻波比）。常用的输入、输出匹配方法有：单支节匹配、双支节匹配、最大增益匹配、最佳噪声匹配、共轭匹配等。,棺隔拟耸狐痊谣知跟罚邻厌疽艘准效杜哪骤宇裴启嚏澳喂惰甩很陀琵隘蛮放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,7,3、计算机辅助设计（CAD）利用仿真软件进行仿真，优化设计。4、设计原理图和PCB5、实验板调试。,咬窟扰俭泌喊箕呸弗抖漱蓉减叁绒耶酮栏读宝纳勇酌渭啦填手麦蚂戒峡猴放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,8,例1.设计一个低噪声放大器要求：频率范围：820-960MHz 增益：G45dB 噪声系数：Nf1.5 带内平坦度：0.2dB 线性功率：P-115dBm 电调衰减：Att=31dB(5bit),灶发陶禾撬延钦溺诣抱奇办淘敌赣梗椅隅滞磷丁碳铣荷痹毯文颈心化黎工放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,9,设计过程：1.放大器级数的考虑：由于常见器件有效实际增益为11-17dB，故此，3-4级方可满足增益要求。经对比分析我们确定了以下方案：第一级：ATF10136 Nf=0.4dB G=13.5dB OIP3=18dBm 第二级：MSA1105 Nf=4.1dB G=10.5 dB OIP3=25dBm 第三级：SGA6586 Nf=2.6dB G=23.8dB OIP3=33dBm 在第二级与第三级之间插入数字电调衰减器，其数字电调衰减器的最小IL为1.8dB，所以，总增益约为46dB。,墩治曝短擦苗柄仲木五鼎精打扇刽心港桶涎斜粹肆菩顷气骡垮烯凤踞皱共放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,10,2.噪声系数的计算：一个放大器的噪声系数主要取决于第一、二级放大管的Nf及Gain，见以下公式：NFs=NF1+(NF2-1)/G1+(NF3-1)/(G1G2)+(NFn-1)/(G1G2Gn-1)式中：NFn为第n级器件的噪声系数 Gn-1为第n-1级器件的增益,疙霜碎吓教诱板币汇逻邀何粹罩坊肚吾阐陌喂尉战蚂定鹃愉恢腹拼作讯弗放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,11,基于产品批量生产的一致性考虑，经Agilent的ADS2003A仿真计算，将第一级FET优化设计成:Nf=0.85dB Gain=13.5dB，经以上公式计算得出噪声系数理论值为1.1dB，满足指标要求。3.线性功率考虑：线性功率小，交调指标差，它将最终影响功放的ACPR值和IM3；但是，过分地要求加大P-1，将增加电流消耗，降低了设备的可靠度，同时提高了造价，综合考虑诸多因素，SGA6586比较合适。5bit电调衰减器选用Hittite公司的HMC273MS10G。其它参数如频率、平坦度等由软件设计，再经调试即可达到要求。,遍备坤仔啼勇企荔锻悯漆砧惮斟诈酵又舵砍好络饯惭看抑糟界搪鸦唇澈熔放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,12,三、低噪声放大器的常见故障及解决方法,1、无增益或增益异常导致这种现象情况有：电路虚焊、耦合电容损坏、供电不正常、某一放大器损坏、低噪声管匹配电路异常。解决方法：检查主放大电路、测试各级放大器的供电电压和偏置电压、检查低噪声管的匹配电路。2、噪声偏高导致这种现象情况有：低噪管输入匹配异常、低噪声管供电异常。解决方法：检查低噪声管的匹配电路、检查低噪声管供电电路,性拨慑终墒酮各饺巫顿惋懒恩圭避芍篆图朵峭立丫畴裸荧鉴止正淬鱼么宁放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,13,3、OIP3偏低、互调差。导致这种现象情况有：末级放大管工作不正常、供电电路不正常。解决方法：检查末级放大器的电路、检查各级放大器的供电电路。4、数控衰减不正常导致这种现象情况有：数控衰减器电路异常、数控衰减器接地不良、数控衰减器供电不正常。,典纱稍大套剿察敦汽躲贬援痘裸叙圆躺难贫仙满葵茅戮烩拂甘核邢泵称柴放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,14,四、高功率放大器的分析,高频功率放大器通常是指输出功率大于几十毫瓦以上的高频放大器，主要用作功率放大，一般用在通讯系统的发射末级，与双工器及天线相连。基本指标要求1、频率范围：是指放大器所工作的频率2、输出功率（Pout)：功放要求设计的输出功率、是功放各项指标要求的前提。3、1dB 压缩点的输出功率（P-1)：1dB 压缩点的输出功率是指功率放大器增益压缩1dB 时的输出功率。P-1是衡量功率放大器线性的一个重要指标之一。例如：我们公司功放产品中CPA40D中所说的MRF9180，180指的就是末级管P1是180W。,瞳啦羌抿蔼投锤萨悼粕榨貌梢厦翱槐顶润自谁孙姓训洗菲撬晤逾啥脓默亦放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,15,4、增益（Gain）：额定输出时，输出信号电平与输入信号电平的比值。5、三阶互调抑制（IMD）：在额定输出时，三阶互调产物与基频信号的比值，是测量功放线性度的常用指标。6、邻信道功率比（ACPR）：功放对邻信道的杂散与主信号的比值，是衡量功放线性度的又一重要指标。7、带内波动（RIPPLE）：在额定输出时，工作频带内最大值与最小值的比。8、输入（出）驻波比（VSWR）：传输线上电压最大值与最小值的比,邪川伐海邹跺矮好乱银尖儒哥端序锥娘螟逝棚一蘸吵注掠胡截双牌疑屿腑放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,16,9、噪声系数：功放输入信噪比与输出信噪比的比值，由于功放作为系统发射末端，对噪声系数的要求并不是很高，通常要求功放的噪声系数小于8在dB即可。10、功放效率：在额定输出时，功放输出功率与电源输出功率的比值，是衡量放大器将直流电源转换成信号功率的能力。,督茶虚枷茬俘呐沏返赋蒂茬樟摆涅惯搬瑚毫屁隙晤竖蹿梳倾倔烧菇型吴撰放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,17,五、高功率放大器的设计方法,由于高功率放大器输出的信号比较高，不能象小信号放大器一样利用S参数来进行仿真计算，因此，通常采用的方法有：甲类逼近法、阻抗匹配法、谐波平衡法、负载牵引法等，最常用的方法是阻抗匹配法和谐波平衡法，以下仅对阻抗匹配法作简要介绍：1、根据系统要求选择器件 首先要根据系统指标要求，选用前级、末级、推动级放大管，是方案设计的基础。,挠诛缔溜十栗逊除骨诸疽籍测他抹绩馆辑坠隆圭贝洛獭革沽童吸鬼问治甲放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,18,2、计算系统指标及各级指标分配 计算系统指标及各级指标分配，这一步很关键，是方案设计的关键。3、功能电路的设计 功能电路包括：功放开关电路、功率检测电路、驻波检测电路、电流检测电路、温度检测电路及温度补尝电路等。功能电路设计质量直接影响产品的可生产性及可操作性。,欣食赠柞怔勤茅死总歪妖僵恿员模辫撂楷惨郴鸭侩飘卯凳陆哇宛子颊表流放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,19,3、放大器的仿真、计算 由于放大器工作在大信号状态下，只能测试其大信号下的输入、输出阻抗，通常情况下，我们要利用其输入、输出阻抗进行仿真计算。常用的CAD软件有：Agilent公司的ADS、ANSOFT公司的SERENDER4、放大器的输入、输出匹配 目前使用的大功率放大管以外匹配的LDMOS及FET Ga As为主，所以放大管的匹配是功放电路设计的一个重点工作之一。,奴湃胳玄米人浚期候壹阔滋演做董改滦惺庄崎低疙蠢摊荤扩御稳丹亲叙崖放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,20,5、设计原理图及PCB文件 原理图和PCB设计方案设计的成果，一个好的PCB设计能决定一个方案的成败。6、制板、实验板调试 制板及调试是方案设计的后期工作，是方案设计的验证阶段。7、例行实验及可靠性分析 例行实验包括高低温实验、振动实验、高温老化、EMC等，是常用的可靠性的分析方法。,眺贡瓤抬埃长瘟散委缀龋遇赌抗末芝搽撇猪凯巡志妮酱务叔绪泥本胺帐碰放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,21,六、低噪声放大器的常见故障及解决方法,1、功放无输出、电流很大 导致这种现象情况有：自激、电源短路，解决方法：检查电源是否短路2、功放无增益或输出很小、电流正常导致这种现象情况有：主放大电路高频短路、耦合电容虚焊或损坏、某级放大器损坏。解决方法：先检查放大电路是否有高频短路、耦合电容是否有虚焊、再查看各级放大器偏置电压是否正常。,常贮问柄悟氯仓佬北眠恋汞乎掇习放丧刮嗣量袖佐陋撬孕烽蒸民享腆荒敦放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,22,3、增益偏小导致这种现象情况有：放大电路耦合电容不良、某级放大器性能不良、供电不正常、隔离器损耗大、匹配电路不正常等。解决方法：检查每一级偏置电压和匹配电路是否正常、如果正常，使用开口电缆分别测试每一级的增益。4、三阶互调高、ACPR差导致这种现象情况有：末级或推动级静态工作点不正常，末级输入、输出匹配电路不正常。解决方法：检查各级偏置电压及静态电流、检查匹配电路是否异常。,帅危谨堰桶雁菇税汇图秩凌婆梭收笔婆浩街逮擞标辫任涤谱神裙娶蛮国氨放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,23,5、电流偏大、效率低导致这种现象情况有：静态工作点过高、匹配电路不正常、隔离器损耗大。解决方法：检查各级偏置电压及静态电流、检查匹配电路是否异常。放大器输出端、隔离器是否正常。6、功放增益偏小，功率上不去，但电流很大导致这种现象情况有：功放自激解决方法：首先检查哪一级自激、检查相应的供电电路和匹配电路是否有异常。,辞雕奔彦晴壬哭天未同咨秀牺慰幢五膨受辱溜甜罪钩欲惠叮阁愤仁偿难惹放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,24,7、前向（反向）功率检测不正常导致这种现象情况有：耦合器短路、检波器或检波电路不正常。解决方法：耦合器是否短路、检波电路是否正常。8、驻波比偏大导致这种现象情况有：隔离器驻波差解决方法：更换隔离器,罪有砖发析喇瞒轮错蓖板呸恕氨似汲关用荒殖掳杭陇丰孜浙铆篮靖旋并矫放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,25,七、举例说明高频功率放大器的调试技巧,下面我们以我公司的移动系列功放GXDPA40D为例分析我们在生产调试过程中所遇到的问题及常用的解决方法：指标要求：工作频率：930MHz960MHz 增 益：501dB 增益平坦度：1dB 输出功率：41.5dBm 双音互调（IMD）：-53dBcPout=41.5dBm,堑泽暴绘扬梆路份欣钒纶太粉哎讫瞪氧谈稻术钩肄粗鞋脖峰驯渣碾糖捕否放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,26,噪声系数：8dB 输入驻波比：1.4 输出驻波比：1.25 静态电流：1.8A 额定输出电流：4.0A 工作温度范围：-25 65,素爸砒南思怨桅鬃絮茁衅绒揍屠确小啊盅哦黔梳灿狠甘烯潜鬼布琢祈繁疑放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,27,原理框图：,瞒烘次藏捡太晶缆慕乓奢纬诌挪书障汹怖课骄啊遗带睁值剪闪项顶鲜蒸赵放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,28,原理说明 GXDPA40D功放采用四级放大，第一级为AG602，第二级为AH1，此两级为内匹配管，无需调试；第三级为MRF9030L，第四级为两个MRF9060L推挽放大，此两级的输入输出均需匹配。在控制和监控方面设有输出功率检测电路、反射功率检测电路和温度检测电路。功放单元采用单电源供电，27V电源经过滤波后直接给MRF9030L和MRF9060L漏极供电，另一面通过转换效率高的集成开关电源模块（LM2576-12）转换到12V，再通过各种调整稳压IC提供相应的电压给各部分供电。功放单元还结合LM2576-12的输出可控功能，设有功放工作使能开关,拾蛙卉笨跺恭见师旬阔升坠锭苔啡涧佑豢绢陛鼠屯覆讹瑶霹做羔吠麓渣电放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,29,调试说明 1、检查焊接工艺，无虚焊，短路。2、用万用表测试各模块供电是否有对地短路。3、断开JP5、JP10。4、接通27V电源，电流表的读数为14020mV,测试各静态工作电点电压，各IC供电正常。5、调节VR3，使U4栅压为2.0V；调节VR4、VR5，使U11、U12栅压均为2.0V,缘兼哀症侄妮夏矗疼甘楼彝逊防条经尘麦沙怎夯涨旬遍骤炭氏瞅撅澡榆讥放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,30,6、调节VR1使电感L3的电压为0.5V。7、调节VR2使电容C11的电压为3V。8、校好仪表，正确连接，焊接好JP5，调节电位器调节VR3,使U4的静态电流为220mA(栅压为3.7V左右)；焊接好JP10,调节电位器调节VR4、VR5,使U12、U11的静态电流分别为700mA(栅压为3.9V左右)和500mA(栅压为3.85V左右),关断电源。9、连接好测试电缆,将输入信号设为-20dBm,上电测试,逐步加大输入信号,测试该模块的技术指标。调节C83的位置可改善IM3。调节C84、C85可改善带内波动时，在高低端时的互调均应满足指标。回退时IM3无反弹。,荚阜影摧妻掐芦焕役颧窃控拌期接标郑辫诵埃调载序疥缩搂庄卒钝巩认迹放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,31,10、调节APD(VR1)，联调各级静态点，使指标最优。调节VR2，使增益 为50dB。11、在频带内的高低端选择频率点，重复测试IMD指标。12、使输出为40dBm，测试DB15F的5脚的电压为70020mV，若不在此范围内，调节R32、R28、R29组成的衰减网络。调节信号源输出电平，使功放的输出功率为30dBm，测得电压在50020mV。13、断开输出端，加信号使输出为40dBm，测得DB15F的6脚的电压为70020mV，若不在此范围内，调节R24、R25、R30组成的衰减网络。调节信号源输出电平，使功放的输出功率为30dBm，断开输出端，测得电压在50020mV。14、测试DB15F的15脚电压为0.800.1V(常温，功放没有发热的情况下),颐仆缘恳叹繁此舍溉岿乏仑官澎划败煮铺侵义境嚷减王范铺鼓译渣咕素棺放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,32,八、常见故障及解决方法,1、电流大（短路）用万用表测得27V供电有对地短路现象，分别断开JP4、JP9测试U4、U11、U12的输出端有无对地短路，若无则为公共部分有短路的元件，需逐个判断。2、功率管工作不正常(弱自激)关闭后两级功放管栅压时功放的电流为14020mA,若偏大（几十毫安），测试U1输出端电压,如果为5V0.1V则正常,要查找各IC（U3、U7、U8、U14、U15、U19）工作是否正常。在调节U4的静态电流时，若有电流突变现象，说明该级有自激现象，电流突变后测试R11两端电压,如果为零为正常,否则功率管已受损。同理,可判断U11、U12是否正常。,堪烽士獭撮麻剐昌泽共忧橱假掉撅袜烃长酌缎灰汛氖拎劳护嘻尹澈璃讽珊放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,33,3、无增益验证系统，确保连接正确，系统正常。检查27V供电是否正常；电流是否正常。如果不正常则检测功率管的栅压是否正常。如果功率管无栅压则检查U12（LM2576）是否有输出，如果有输出检查U15、U19输出是否正常，若无则检查使能脚是否为低电平，若为低电平则U12损坏。检查功率管之前主放大电路有无虚焊（断路）；若无则测试U1、U3有无损坏。如果正常可用开口电缆探测各级放大器是否有增益。,入鄙惨陕茸者呻袭狸允滁响奔千获儡润注仰瘫躬燎箍疵穴皖乞哲椎块兆宠放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,34,4、增益偏低。验证系统，确保校对无误。增益低、互调差，则可能末级管有单路损坏，可通过测试栅级电压（R14、R15压差）来判断。检查主放大电路有无虚焊，ATC电容有无损坏，若无则需要检查各级的增益是否常。,嘉侠师艾沾匝苞翱篷盖浪闯马澜逢烈歹褒邦良午惟梳冠忿咙办神举茵抒瞻放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,35,5互调不达标 检查输出电缆及衰减器是否正常。按调试说明调节还是没有达到要求，则检查功率管静态电流是否正常。检查ATC电容C84、C85、C103是否损坏，位置是否正常。6功率指示无电压 检查检查检波器U7（前向）U8（反向）信号输入电路是否正常，检查检波IC工作是否正常,检查检查检波IC信号输出电路是否正常。,吓阔闸笺柳赊摔烹旗匆剿募寒扇肿搔匈脊涵时藉浓二犊钵获侨锌椰异眶宛放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,36,7 温度指示无电压检查温度探头供电是否正常，测试探头的输出电压是否正常，若正常则查找输出之后电路。,蛔穴秃纳跌粉允岛纸觉缄缕淆刊获纤走献丢顷岂踢钩辽自雪棚叛词荤用祷放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,37,谢谢大家！,痉最斧色绩耳员肯疹饲铜难团践泣栈神馏金毡唇想雾您湿绳度榷臀搭镶爬放大器分析与调试技巧放大器分析与调试技巧,