Prüfung von Consumer-HF - beam - Elektronik & Verlag

Leistungsverstärker für hocheffiziente und
kostengünstige ISM-Band-Sender
Dieser Beitrag gibt eine
Kurzübersicht über die
moderne Leistungs verstär
ker theorie und zeigt
Simulations ergebnisse
für den Einblick in den
Betrieb des PAs aller
Maxim-LF/RF-Sender-
und Transceiver-ICs.
Unter Verwendung der Appl.
Note 3589 von Maxim:
Power Amplifer Theory for
High-Efficiency Low-Cost
ISM-Band-Transmitters
Bild 1: Grundaufbau eines Klasse-A-Verstärkers mit FET
Kostengünstige ASK- und/oder
FSK-Sender- und Transceiver-
ICs sind wesentliche Bestandteile
von Short-Range-Funksystemen
(SRDs) für die ISM-
Bänder zwischen 300 und 450
MHz. Applikationen für diese
Kurzstreckengeräte umfassen
z.B. enthalten einen schlüssellosen
Zugang (Remote Keyless
Entry, RKE), Reifendruck-Überwachung
(Tire-Pressure Monitoring,
TPM), Fernsteuerung und
Sicherheitssysteme.
Das Systemdesign, welches
u.a. die RF-Link-Planung, das
Antennendesign, Überlegungen
zur Batterielebensdauer und
Reglungen betrifft, schließt oft
einen Kompromiss zwischen
der Ausgangsleistung und der
Stromaufnahme des Senders.
Der Leistungsverstärker (Power
Amplifier, PA) in den Sendern
und Sendeempfängern
von Maxim (wie MAX1472,
MAX7044, MAX1479 und
MAX7030/7031/7032) besitzt
ein einzigartiges Merkmal, das es
dem Benutzer erlaubt, den Kompromiss
Beziehung zwischen
HF-Leistung und DC-Input zu
beeinflussen, gleichzeitig aber
hohe Effizienz zu erreichen. Dies
dient dazu, die Batterielebensdauer
zu maximieren, um der
heutigen hohen Nachfrage nach
innovativen, Energie sparenden
Produkten zu entsprechen.
Die Maxim-ICs erfordern
keine Änderungen, um diesen
Kompromiss zu nutzen, was
es relativ leicht macht, eine
„ResourceSmart“-Lösung zu
gestalten. Man muss nur einfach
die dem PA angebotene Lastimpedanz
ändern, um die Ausgangsleistung
und die Stromentnahme
des PAs zu verändern.
Design
Leistungsverstärker im
Überblick
Zunächst sollen A-, B- und
C-Verstärker kurz klassifiziert
werden.
Ein Klasse-A-Verstärker ist
durch einen Arbeitspunkt charakterisiert,
der nicht zulässt,
dass das Signal begrenzt wird.
Dies bedeutet eine von der Aussteuerung
unabhängige mittlere
Stromaufnahme. Ruhe- und
Betriebsstrom sind identisch. In
Bild 1 sorgt die Vorspannungsquelle
mit V DC für diesen
Arbeitspunkt. Der Drainstrom I
DC erreicht nie den Nullwert. Es
ist gut bekannt, dass die Impedanz
für maximale Ausgangsleistung
den Wert
RLOPT = VDD/I DC
besitzen muss. Die maximale
Ausgangsleistung ist definiert zu
POUTMAX = ½ × VDD × I DC.
Deshalb beträgt der theoretisch
maximal erreichbare Wirkungsgrad
50% . Hierbei ist der Spitze-
Spitze-Wert des Ausgangssignals
gleich der Betriebsspannung.
Da dies u.a. wegen des On-
Widerstands des FETs praktisch
nicht erreichbar ist, beträgt der
Wirkungsgrad realer Klasse-A-
Schaltungen weniger als 40%.
Wie diese kleine Analyse impliziert,
muss der Bias-Strom eines
Bild 2: Grundaufbau eines Switching-Mode-Verstärkers
hf-praxis 9/2011 25