解讀RF放大器的輸出限制

　　這篇博文是非射頻（RF）與射頻放大器規格對比系列博文的第三篇。我在之前的兩篇博文中討論了噪聲和雙音失真。今天，我們將討論一個同樣重要的話題-放大器的輸出限制。對于任何應用中的放大器，輸出電壓的擺動范圍以及可供給負載的電流量都有一個限制。這些限制基本上由裝置電源電壓、輸出級架構和工藝技術限制設置。大多數線性放大器包括一個闡述支持的最大和最小輸出電壓和最大電流的規范。

　　對于諸如低噪聲放大器（LNA）、射頻功率放大器（PA）和射頻增益模塊等射頻導向型放大器而言，輸出擺幅限制通常以1dB增益壓縮點表示。隨著線性和射頻放大器的速度在諸如LMH6401增益放大器的現代高速放大器中彼此接近，了解這兩種規范之間的關聯，以及他們反映裝置性能的方式很重要。

　　我們首先看一下最大規格方面的絕對輸出電壓和電流，因為它們最為簡單。隨著放大器的絕對值輸出電壓增加，它最終將達到由放大器的架構設置的物理極限。這種物理限制被稱為最大或最小輸出電壓。

　　常用的輸出電壓測定方式通常有兩種。最簡單的方法是在輸入一個信號時記錄輸出電壓，這將導致輸出遠遠超過預期的輸出限制。從中您可以了解輸出的極限值，但不會告訴您有關放大器將如何與達到這些電壓的信號一起完成工作的任何信息。

　　圖1所示為LMH6401的最大輸出值。當輸出達到最大值時，會明顯“變平”。然而，最大“線性”輸出電壓是一種更有效的性能保證方法。這是一個輸出電壓值，其中放大器可始終保持其線性性能和功能正常。

　　圖1：LMH6401輸出過載

　　輸出電流規格類似于輸出電壓，通常包括一個放大器提供給有效無負載的“短路電流”，以及一個線性輸出電流，這在概念上與線性輸出電壓相同，但在電流輸出能力方面做出規定。

　　不幸的是，線性輸出電壓和電流的規格在整個行業并未標準化。您測試的線性輸出電壓或電流可能具有不同的精度級別，而且許多不同的方法超出了此博文的范圍。若想了解特定的設備，請參閱您的放大器數據表中輸出電壓和電流的測試條件章節。

　　第二種規格，輸出1dB壓縮點，實際上非常類似于最大線性輸出電壓和電流的概念。它也被稱為P1dB，在該點上，放大器從理想狀態下增益壓縮到1分貝的輸出功率級。圖1介紹了該概念，其中，實線表示測得的信號，虛線表示理想的信號。有時，一些測量將P1dB點與輸入而非輸出對照，這應在計算中予以考慮。

　　圖2：輸出P1dB示例

　　由于P1dB的規格標記了1dB增益損失點，與絕對最大電壓或電流相反，它為最大線性輸出點提供了一個良好的參考。這篇博文前面討論了，線性測量提供了更多保證系統性能的信息。P1dB規格還具有捕獲最大輸出功率而非僅電壓或電流的優點。換言之，您正在查看的是驅動一定負荷的最大電壓，這意味著P1dB測量會同時考慮電流和電壓的影響。

　　對比最大輸出電壓/電流和P1dB的規格，您可以看出，雖然輸出規格更容易理解，但它們并不會產生一個類似于P1dB點的組合限制。輸出規格告訴您輸出起作用的電壓和電流值，但卻并不能像P1dB點一樣，解釋兩種限制之間的相互作用。但是，您仍然可以一起使用這兩種規格，粗略估計放大器的組合輸出限制。

　　對于只有一種P1dB規格的放大器，在測量期間，您可以通過所測負載提取電壓和電流值，但并不會指出限制設備性能的具體因素。您需要在多個負載值進行P1dB測量，以充分了解放大器的輸出電壓和電流限制。