具备超载保护USB 供电ISM无线通信
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国际电信联盟（ITU）将433.92 MHz工业、科学和医学（ISM）射频频段分配给1区使用，该区域在地理上由欧洲、非洲、俄罗斯、蒙古和阿拉伯半岛组成。尽管最初目的在用于无线电通讯之外的应用，但多年来无线技术和标准的进步使得ISM频段在短距离无线通信系统中颇受欢迎。
ITU 1 区的营运业者无需为使用433.92 MHz频段获得许可，常见应用包括软件定义无线电、医疗设备和重型机械的工业无线电控制系统。在美国，433.92 MHz频段属于70 cm业余无线电频段（频率范围420 MHz至450 MHz），由获得许可的业余无线电台使用。此频段也常用于低功耗、短距离应用，例如车库门遥控开关、耳机、婴儿监视器，以及电源开关和灯光调节器。
图一所示电路是一个双级RF低噪声放大器（LNA），其针对433.92 MHz ISM频段中的接收器讯号链进行优化。在中心频率，电路产生大约40.5 dB的增益。RF输入和输出埠采用50 Ω阻抗匹配设计，支持电路与标准50 Ω系统之间的直接连接。其输入未经滤波，保持1.4 dB噪声系数，但输出端配有SAW滤波器，会消减带外干扰。
该电路中包含高速超载检测器和关断开关，用于保护连接至接收器系统的下游敏感设备。当RF功率水平下降到可接受范围内时，接收器系统也会自动恢复正常运行。RF输入和输出是标准的SMA连接器，整个设计由一个微型USB连接器供电。
图一 : CN0555 简化功能架构
电路描述
RF 放大器级
CN0555在其RF讯号路径中使用两个ADL5523低噪声放大器。ADL5523为一款高性能砷化镓（GaAs）假晶高电子迁移率晶体管（pHEMT） RF低噪声放大器，提供高增益和低噪声系数。图二显示该组件的典型S参数性能，在整个频率范围内，其典型增益为21.5 dB，回波损耗高于10 dB。
ADL5523的典型噪声系数为0.8 dB，1 dB压缩点（P1dB）为21 dBm，三阶截取点（OIP3）为34 dBm。将两个ADL5523放大器串联，以实现40 dB整体增益。
图二 : ADL5523 典型 S-参数
阻抗匹配网络
ADL5523需要使用一个外部匹配网络，该网络的阻抗针对所需的频段进行调谐，以实现优化性能。输入匹配网络包括与RFIN接脚串联的电感和一个并联电容。在输出端，匹配网络以类似的方式在偏置线路上使用电感和电容。图三展示完整的阻抗匹配网络，以及将两个ADL5523放大器串联的实现方案。
图三 : 用于串联 ADL5523 放大器的基本连接
这些组件的正确布局对于输入/输出阻抗匹配也很重要；因此，CN0555遵循ADL5523产品手册中针对500 MHz调谐频段的推荐布局和组件大小。
SAW 滤波器
CN0555的LNA输出透过表面声波（SAW）滤波器进行滤波，有助于消除不必要的频外放大。选择滤波器时，必须在频段平坦度和频外抑制之间取得平衡。SAW滤波器也是一个插入损耗源，其会降低讯号链的整体增益，选择时需要仔细考虑。CN0555使用的SAW滤波器具有2 dB典型插入损耗和50 Ω端接阻抗。
RF 定向耦合器
CN0555包含一个纤薄、超小型的高性能3 dB 90°混合耦合器。该组件的工作频率为400 MHz至900 MHz，输入和输出阻抗为50 Ω，433.92 MHz时的典型插入损耗为0.3 dB。
RF 开关
ADG901 是采用CMOS制程制成的宽带RF开关，可以提供高隔离和低插入损耗。其是一种吸收式开关，具有50 Ω端接输入和输出。该开关允许使用者传递高达0.5 V的DC讯号，无需使用隔直电容。
ADG901的工作频率为DC至4.5 GHz，在4.5 GHz时的插入损耗为3 dB。在433.92 MHz中心频率时，此组件在「导通状态」下的典型插入损耗为0.4 dB，如图四所示；在「关断状态」下的典型插入损耗约为70 dB，如图五所示。
图四 : ADG901 在导通状态下的插入损耗性能
图五 : ADG901 在关断状态下的隔离损耗性能
组合来自滤波器、耦合器和RF开关的插入损耗，在正常工作条件下，RF开关的输出端产生的总插入损耗约为2.7 dB。
RF 性能
CN0555中得到的S参数、相位噪声测量结果、无杂散动态范围（SFDR）、噪声系数和稳定性测量值，如图六所示。
在433.92 MHz中心频率下，CN0555实现了40.5 dB的增益，输入和输出回波损耗大于10 dB。图六显示在其工作范围内的S参数值。
图六 : EVAL-CN0555-EBZ S 参数与频率的关系
图七显示在433.92 MHz时的单边具有相位噪声，在10 Hz、1 MHz和10 MHz偏置时分别约为-98 dBc/Hz、-131 dBc/Hz和-149 dBc/Hz。
图七 : 433 MHz 时的单边具有相位噪声
图八显示窄频单音RF输出，SFDR为58.38 dBFS。
图八 : 窄带单音 RF 输出
图九显示频率范围内相应的噪声系数，在433.92 MHz中心频率下约为0.8 dB。
图九 : 噪声系数与频率的关系
系统在整个433.92 MHz ISM频率带宽保持稳定，Rollet稳定性因子（k）高于1，辅助稳定性指标（B1）高于0，如图十所示。这使得CN0555在任何源阻抗和负载阻抗组合下，都能绝对保持稳定。
图十 : 稳定性因子和测量值与频率的关系
超载保护
CN0555中整合了超载管理功能，当输出功率达到预先设定的阈值时，该电路板的RF路径会自动隔离。此功能使用ADL5904 RF功率检波器来实现。
ADL5904 提供电阻可编程检测阈值，将内部包络检波器电压与用户定义的输入电压进行比较。当包络检波器电压超过用户定义的VIN?接脚的阈值电压时，内部比较器获取事件并将其锁定在设定/复位（SR）触发器中。图十一显示了CN0555的超载保护电路。
图十一 : CN0555 超载保护电路
如图十一所示，使用3 dB、90°混合耦合器对放大的RF输入进行采样。此功率传输至ADL5904的RFIN接脚，然后由内部包络检波器进行采样。ADL5904 VIN-接脚上的阈值电压位准由电阻分压器网络设定得值。
CN0555的输入阈值功率设置为0 dBm，以保护连接至接收器系统的下游敏感设备。如表一所示，当工作频率为900 MHz时，0 dBm阈值功率对应VIN-的241 mV电压位准。
表一：工作频率未校准时，推荐的阈值电压（VIN-）典型值
本文引用地址：//www.cazqn.com/article/202403/456475.htm输入阈值功率（dBm） | 阈值电压（mV） | ||
100 MHz | 900 MHz | 1900 MHz | |
-2.0 | 193 | 193 | 192 |
-1.0 | 216 | 216 | 215 |
0 | 239 | 241 | 241 |
1.0 | 268 | 272 | 270 |
2.0 | 300 | 304 | 303 |
自动复位功能
CN0555还包含自动复位电路，当功率位准返回到可接受范围内时启动。此功能由LTC6991可程序设计低频率定时器执行。
如图十二所示，ADL5904的Q输出使LTC6991在正常工作期间保持在复位状态。发生超载事件时，LTC6991启用，并且开始4 ms延迟。ADL5904在4 ms后复位，对功率位准重新采样。如果超载状态持续，ADL5904再次断路，RF开关的控制讯号进入低位准状态。此种讯号转变会隔离ADG901开关的RF输入和输出。超载事件过去后，ADL5904开始重新采样功率位准，然后返回正常工作状态。
图十二 : CN0555 自动复位电路
超载保护测试
图十三显示了用于测试CN0555的超载保护功能的设定。在该测试中，RF讯号产生器设定采用433.92 MHz中心频率，输入功率从-50 dBm爬升至-40 dBm。CN0555输出功率由高速示波器进行监控，该组件显示从发生超载事件到输出功率被衰减的响应时间。
图十三 : RF 超载响应测试设定
图十四显示超载保护响应时间。根据该图，从正常工作到RF输出功率被衰减，CN0555拥有约9 ns的响应时间。图十五显示从超载状态结束到功率位准返回接受范围的恢复时间。该数据显示，从衰减RF输出到正常工作，期间存在7 ns延迟。
图十四 : 典型的超载保护响应时间
图十五 : 发生超载事件后的典型恢复时间
USB 电源管理
CN0555透过微型USB转接器获取电源，该转接器一般透过微型USB埠提供5 V、1 A电源。此电路要求在正常工作期间获取约113.61 mA电流。要满足此项电源要求，需要使用两个电源电压。第一个电源为ADL5523低噪声放大器、ADL5904 RF检波器和LTC6991低频率定时器提供3.3 V电源。第二个电源为ADG901 RF开关提供2.5 V电源。图十六显示CN0555的整个电源结构。
图十六 : CN0555 电源架构
LT3042为一款高性能低压差（LDO）线性稳压器，采用超低噪声和超高电源抑制比（PSRR）架构，以便为噪声敏感型射频应用供电。LT3042设计用作后接高性能电压缓冲器的精密电流基准，可轻松并联以便进一步降低噪声，增加输出电流并在印刷电路板上散热。要配置LT3042提供3.3 V输出，所需的基本配置如图十七所示。
图十七 : LT3042 提供 3.3 V 输出所需的配置
LT3042在SET接脚上整合一个精密100 μA电流源，该接脚还连接到放大器的反相输入。图十七显示将电阻从SET接脚连接至GND会产生一个基准电压。该基准电压是SET接脚电流100 μA和SET接脚电阻的乘积。
ADM7170-2.5 LDO稳压器用于产生ADG901 RF开关所需的电源电压。该组件具有2.3 V至6.5 V的输入电压范围和2.5 V固定输出电压。ADM7170-2.5只需要输入电容和输出电容即可正常工作。特别是，ADM7170-2.5可在其输入和输出接脚上使用4.7 μF小型解耦电容。
常见变化
ADL5521 可以用于替代型低噪声放大器，适用于使用433.92 MHz ISM频段的应用。该组件提供略低的增益、更高的噪声系数、OIP3和OP1dB。ADL5521采用与ADL5523相同的功率位准。两个组件的尺寸非常类似。
ADG902 也可用于RF开关；此组件接脚兼容，并具有与ADG901相同的规格，但其是一种反射开关，提供更低的隔离损耗。
ADI并提供类似的用于在5.8 GHz ISM频段下工作的接收器放大器的参考设计。
电路评估与测试
本节介绍评估CN0555的评估设置和步骤。
设备要求
‧EVAL-CN0555-EBZ电路评估板
‧Rohde & Schwarz SMA100B讯号产生器
‧Keysight E5052B讯号分析仪
‧Keysight N5242A PNA-X向量网络分析仪
‧5 V micro USB电源转接器或micro USB转USB电缆
‧ 一根SMA至SMA电缆
设定和测试
图十八显示EVAL-CN0555-EBZ与向量网络分析仪的正确端口连接。
图十八 : S 参数和噪声系数测试设定
测量S参数和噪声系数的步骤如下：
1.将向量网络分析仪设定为所需的测量条件，步骤如下：
a.将频率扫描范围设定为 400 MHz 至 500 Mhz
b.将频率步长设定为 10 kHz。
c.功率位准必须小于或等于-45 dBm。
2.使用校准套件对向量网络分析仪执行完整的 2 埠校准。请注意，EVAL-CN0555-EBZ 的 RF 输入可以直接连到测试埠，因此测试设置仅需要一根测量电缆。
3.使用校准的测试设定将 EVAL-CN0555-EBZ 连接在向量网络分析仪的测试端口上。
4.使用 5 V 电源转接器为 EVAL-CN0555-EBZ 供电。
5.设定向量网络分析仪，以显示各个 S 参数和噪声系数的迹线。
6.将测量值与期望值进行比较。在 433.92 MHz 中心频率下，输入和输出回波损耗值分别约为 16 dB 和 20.4 dB。对于增益和噪声系数，数值分别应为约 40 dB 和 1.2 dB。
图十九显示执行相位噪声和 SFDR 测试时 EVALCN0555-EBZ与讯号分析仪和讯号产生器的正确连接。
图十九 : 相位噪声和 SFDR 测试设定
要执行相同的测试，请遵循以下步骤：
1.按如下步骤设定讯号分析仪所需的测量配置：
a.为了执行SFDR测量，设定中心频率 = 433.92 MHz，频率范围 = 400 MHz 至 500 MHz，RF 幅值 = 10 dBm。
b.为了执行相位噪声测量，设定中心频率 = 433.92 MHz，偏移频率范围 = 10 Hz 至 30 MHz。
2.将讯号产生器的功率位准设定在-50 dBm 至-40 dBm之间，中心频率设定为 433.92 MHz。
3.将讯号产生器输出连接到 EVAL-CN0555-EBZ 的 RF输入。
4.将 EVAL-CN0555-EBZ 的 RF 输出连接到讯号分析仪。
5.使用 5 V 电源转接器为 EVAL-CN0555-EBZ 供电，该转接器的额定功率高于 500 mW。
6.在讯号分析仪上执行测量运行。
7.使用讯号分析仪获取相位噪声值，并验证在 10 kHz 频偏下其值是否约为-125 dBc/Hz。
8.运行 SFDR 测试并比较读数；期望值约为 60 dBc。
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