MAX4473：低成本、低電壓的GSM功率放大器控制芯片

引言

在GSM應(yīng)用中，對(duì)功率放大器（PA）的精確控制至關(guān)重要，它直接影響著通信的質(zhì)量和效率。今天要給大家介紹的MAX4473，就是一款專為GSM功率放大器閉環(huán)偏置控制而設(shè)計(jì)的低成本、低電壓功率控制放大器。

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一、產(chǎn)品概述

MAX4473是一款電壓控制的單向高端電流設(shè)置放大器，適用于需要精確控制PA電源電流的應(yīng)用。它主要用于基于無(wú)線時(shí)分多址（TDMA）的系統(tǒng)，如GSM和DECT，這些系統(tǒng)對(duì)PA的發(fā)射脈沖和輸出功率有嚴(yán)格限制，需要對(duì)PA的輸出功率進(jìn)行閉環(huán)控制。

工作原理

該芯片通過(guò)控制電壓精確控制輸送到功率放大器（PA）的電流。誤差放大器會(huì)感應(yīng)電源和PA之間外部電流檢測(cè)電阻上的電壓降，然后調(diào)整PA增益，直到電流與施加到MAX4473的功率控制電壓成比例。這種獨(dú)特的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在TDMA系統(tǒng)中非常有用，因?yàn)檫@些系統(tǒng)需要精確的發(fā)射脈沖整形和功率控制。

供電與功耗

MAX4473采用2.7V至6.5V的單電源供電，典型供電電流為1.2mA。誤差放大器的共模范圍從1V到VCC，功率控制輸入和誤差放大器輸出可實(shí)現(xiàn)軌到軌擺動(dòng)。它還具有低功耗關(guān)斷模式，可將供電電流降至小于1μA，并在誤差放大器輸出端激活板載有源下拉?？焖俚氖鼓?禁用時(shí)間為0.9μs，在不影響動(dòng)態(tài)性能的情況下降低了平均功耗。

二、產(chǎn)品特性

1. 優(yōu)化的GSM時(shí)序要求：滿足GSM系統(tǒng)對(duì)時(shí)序的嚴(yán)格要求，確保精確的發(fā)射脈沖和功率控制。
2. 寬電源電壓范圍：2.7V至6.5V的單電源供電，適用于多種電源環(huán)境。
3. 低功耗：典型供電電流為1.2mA，關(guān)斷模式下供電電流小于1μA。
4. 快速使能/禁用：保證了0.9μs的使能/禁用時(shí)間，有助于降低平均功耗。
5. 軌到軌輸出：誤差放大器輸出和功率控制輸入均可實(shí)現(xiàn)軌到軌擺動(dòng)，提高了信號(hào)處理能力。
6. 靈活的電阻配置：用戶可選擇的電流檢測(cè)和增益設(shè)置電阻，提供了最大的靈活性。
7. 小封裝：采用節(jié)省空間的8引腳μMAX封裝，適合小型化設(shè)計(jì)。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

1. GSM手機(jī)：為GSM手機(jī)的功率放大器提供精確的電流控制，提高通信質(zhì)量。
2. 無(wú)繩電話：確保無(wú)繩電話在不同環(huán)境下的穩(wěn)定通信。
3. 精密電流控制：可用于需要精確電流控制的其他應(yīng)用場(chǎng)景。
4. 高頻伺服環(huán)路：在高頻伺服環(huán)路中實(shí)現(xiàn)精確的控制。

四、電氣特性

電源相關(guān)特性

誤差放大器特性

誤差放大器的輸入失調(diào)電壓、輸入偏置電流、共模抑制比等參數(shù)都有良好的表現(xiàn)。例如，在1V < VSR1, VSR2 < VCC條件下，輸入失調(diào)電壓典型值為±0.5mV，最大為±2mV。共模抑制比在VCC = 2.7V時(shí)最小為65dB，VCC = 6.5V時(shí)最小為75dB。

輸出特性

輸出電壓擺幅在不同負(fù)載電阻下有所不同，如RL = 10 Ω至VCC / 2時(shí)，輸出電壓擺幅為0.15V至VCC - 0.15V；RL = 500 Ω至VCC / 2時(shí)，為0.5V至VCC - 0.5V。輸出電流限制為20mA，增益帶寬積為2MHz，相位裕度為60度，壓擺率為1.8V/μs。

使能/禁用時(shí)間

從SHDN邊沿的50%到VOUT = 1V，VPC = 2V時(shí)，使能/禁用時(shí)間典型值為0.9μs，最大為1.5μs。

增益控制緩沖器和V - TO - I轉(zhuǎn)換器特性

PC輸入偏置電流在GND < VPC < VCC - 0.15V時(shí)，典型值為±0.04μA，最大為±1μA。SR3輸出電流限制在VPC < 2.55V, SR1 = SR2 = VCC時(shí)，最小為0.750mA，典型值為4mA。

五、引腳描述

六、詳細(xì)工作過(guò)程

在典型工作電路中，PA電源電流從系統(tǒng)電源流經(jīng)外部電流檢測(cè)電阻（RSENSE）到PA。誤差放大器A3的軌到軌輸出調(diào)整PA的增益，直到RSENSE上的電壓降等于外部增益電阻RG1上的電壓降。RG1上的電壓降由A1、A2和V - TO - I FET Q1設(shè)置。施加到輸入緩沖器PC輸入的電壓通過(guò)電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)除以4，A2迫使反相輸入和Q1的源極電壓為VPC / 4，從而設(shè)置RG3上的電壓，進(jìn)而設(shè)置通過(guò)RG1的電流。PA電源電流可根據(jù)公式(ICCPA =(VPC cdot RG1 ) /(4 cdot RSENSE cdot RG 3))進(jìn)行設(shè)置。

七、關(guān)斷模式

當(dāng)SHDN為邏輯低電平（SHDN < 0.4V）時(shí)，放大器A1、A2和A3關(guān)閉，Q1關(guān)閉，A3的輸出通過(guò)N溝道FET主動(dòng)拉至地，供電電流降至小于1μA。典型上電時(shí)間為0.9μs，典型下電時(shí)間為0.3μs。

八、應(yīng)用信息

增益電阻選擇（RG1, RG2, RG3）

為了確保正常工作，外部增益電阻RG1和RG2的值不應(yīng)大于RG3的兩倍。在大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用中，選擇RG1小于RG3以限制RG1和RSENSE上的電壓降，因?yàn)镽SENSE上的大電壓降會(huì)顯著降低施加到PA的電壓，從而降低PA輸出功率。建議將RG2設(shè)置為等于RG1，以補(bǔ)償A3的輸入偏置電流。RG3的推薦值在1kΩ至10kΩ之間。

檢測(cè)電阻選擇（RSENSE）

選擇RSENSE時(shí)需要考慮以下因素：

1. 電壓損失：高RSENSE值會(huì)導(dǎo)致電源電壓因IR損耗而降低，為了最小化電壓損失，應(yīng)使用低RSENSE值。
2. 精度：高RSENSE值允許更精確地測(cè)量較低電流，因?yàn)楫?dāng)檢測(cè)電壓較大時(shí)，輸入失調(diào)電壓的影響會(huì)減小。為了獲得最佳性能，應(yīng)選擇RSENSE在每個(gè)應(yīng)用中為滿量程電流提供約100mV的檢測(cè)電壓。
3. 效率和功耗：在高電流水平下，RSENSE中的(I^{2}R)損耗顯著，選擇電阻值時(shí)需要考慮其功耗（瓦數(shù)）額定值，同時(shí)要注意避免電阻過(guò)熱導(dǎo)致值漂移。

九、總結(jié)

MAX4473是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越的PA功率控制放大器，適用于GSM等TDMA系統(tǒng)。它具有低功耗、快速響應(yīng)、靈活配置等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)合理選擇外部電阻，可以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。各位工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)電路時(shí)，可以考慮使用這款芯片，相信它會(huì)為你的設(shè)計(jì)帶來(lái)便利和更好的性能表現(xiàn)。你在使用類似芯片時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。