MAX2831功率放大器(PA)输出功率和偏置电流的优化

来源：analog 发布时间：2023-07-28

摘要： MAX2831无线局域网收发器是一款完全集成的射频解决方案，适用于802.11b/g应用。除了完整的上/下转换功能外，它还包含片上RF驱动器和功率放大器(PA)。根据应用的不同，可以通过串行处理器接口(SPI)总线对这些块进行优化，以获得所需的电流消耗。放大器和驱动器名义上优化为+18.5dBm @ 200mA。

概述

MAX2831集成了实现RF收发器所需的全部电路，带有RF功率放大器(PA)，用于802.11g/b系统。两级PA的偏置电流和输出匹配网络经过优化在标称条件下提供+18.5dBm功率，仅从3.3V电源消耗209mA的电流(54Mbps (64-QAM)模式下EVM低于5.6%)，同时可满足802.11g频谱模板的要求。输出功率较低时，重新对PA偏置电流寄存器进行编程，降低偏置电流和PA电流，以便提高Tx效率并满足802.11g的要求。当PA偏置电流针对+17dBm发射功率进行优化时，与标称寄存器设置相比，可节省26mA的电流；优化工作在+3dBm发射功率时，与标称寄存器设置相比，可节省62mA的电流。通过优化简单的双电容输出匹配网络，可以在指定输出功率下节省更多的电流。

编程

寄存器10 (A3:A0 = 1010)允许对两级PA偏置电流进行编程。D2:D0位用于优化第一级偏置电流、D6:D3位用于优化第二级偏置电流。表1总结了寄存器设置以及等效的 MAX2831评估板偏置电流设置。

表1. MAX2831 PA偏置电流寄存器设置
Power Amplifier First-Stage Bias Current		Power Amplifier Second-Stage Bias Current
Register 10 (A3:A0 = 1010) Bit D2:D0	Equivalent Bias Current (µA)	Register 10 (A3:A0 = 1010) Bit D6:D3	Equivalent Bias Current (µA)
100	125	0100	160
010	75	0011	120
001	50	0011	120
001	50	0010	80

结论

图1和表2总结了通过优化PA偏置电流可以节省的电流。表3和图2列出了标称寄存器设置对应的工作特性。图3、4和5所示是针对+17dBm和+15dBm输出功率优化寄存器设置后得到的工作特性和对应的输出频谱。图6给出了针对+12dBm和+9dBm输出功率优化寄存器设置后得到的工作特性。图7为测量电路原理图。

图1. 在标称PA偏置电流和优化于特定输出功率的PA偏置电流下，MAX2831电源电流与输出功率的关系

表2. 针对输出功率优化寄存器设置和偏置电流时的测量结果
(V(CCTX) = 2.85V，V(CCPA) = 3.3V，信号源 = 90mV(RMS) 802.11g 64-QAM OFDM (54Mbps)，f = 2437MHz，I(CCTX) = 81mA)
Measured Results				Register Settings (See MAX2831 EV Kit Control Software)
P(OUT) (dBm)	EVM (%)	PA Current (mA)	PA Current Savings (mA)	Tx VGA Gain (SPI ) [Register 12 (A3:A0 = 1100) Bit D5:D0]	PA Driver Output Current (µA) [Register 10 (A3:A0 = 1010) Bit D2:D0]	PA Output-Stage Bias (µA) [Register10 (A3:A0 = 1010) Bit D6:D3]
2.9	3.5	73	61	35 (100011)	50 (001)	80 (0010)
6.1	5.1	79	59	41 (101001)	50 (001)	80 (0010)
9.2	4.4	98	45	44 (101100)	50 (001)	120 (0011)
12.1	5.6	111	41	50 (110010)	50 (001)	120 (0011)
15.2	5.0	140	28	53 (110101)	75 (010)	120 (0011)
17.0	5.3	158	26	57 (111001)	75 (010)	120 (0011)
18.7	5.5	204	—	57 (111001)	125 (100)	160 (0100)

表3. 针对+18.5dBm (标称值)输出功率优化时，MAX2831的输出功率、电源电流、EVM、寄存器设置
(V(CCTX) = 2.85V，V(CCPA) = 3.3V，信号源 = 90mV(RMS) 802.11g 64-QAM OFDM (54Mbps)，f = 2437MHz，I(CCTX) = 81mA)
Measured Results			Register Settings (See MAX2831 EV Kit Control Software)
P(OUT) (dBm)	EVM (%)	PA Current (mA)	Tx VGA Gain (SPI) [Register 12 (A3:A0 = 1100) Bit D5:D0]	PA Driver Output Current (µA) [Register 10 (A3:A0 = 1010) Bit D2:D0]	PA Output-Stage Bias (µA) [Register10 (A3:A0 = 1010) Bit D6:D3]
3.3	2.1	135	24 (011000)	125 (100)	160 (0100)
6.3	2.3	138	30 (011110)	125 (100)	160 (0100)
9.2	2.6	143	36 (100100)	125 (100)	160 (0100)
12.2	2.9	152	43 (101011)	125 (100)	160 (0100)
15.1	3.4	168	49 (110001)	125 (100)	160 (0100)
17.1	4.1	184	53 (110101)	125 (100)	160 (0100)
18.7	5.5	204	57 (111001)	125 (100)	160 (0100)