用于基础架构接收器的超低噪声放大器设计

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1、白皮书用于基础架构接收器的超低噪声放大器设计作者：FikretAltunkilic、AlanMiller、VivianTzanakos和MicheleLewis简介放大器要适用于无线基础架构接收器，必须满足低噪声、低频带高频带高线性度和无条件稳定性等关键要求。为此，Skyworks0.9GHz1.9GHz使用0.5微米增强型pHEMT（即E-pHEMT）技术开参数SKY67101SKY67100发了新的低噪声放大器(LNA)系列。覆盖0.7–1.0GHz噪声系数(NF,dB)0.550.65的SKY67101-396LF和覆盖1.7–2.0GHz的增益(

2、GA,dB)1817.5SKY67100-396LF适用于GSM、WCDMA、TDSCDMA和LTE输入回波损耗(

3、S11

4、,dB)>20>20基础架构接收回路应用。为降低成本和节省PCB空输出回波损耗(

5、S22

6、,dB)>20>12间，这些LNA均采用2x2毫米QFN封装，且不同频带可使用相同的布线。隔离度(

7、S12

8、,dB)>30>30输出1dB压缩(OP1dB,dBm)>18>18规格三阶交调截取点(OIP3,dBm)>34>34噪声系数(NF)性能是接收器系统的关键参数之一，因电源电压(V,V)44为它描述的是对低电平信号的接收能力。噪声系数越低

9、，接收器的灵敏度越好。以三阶交调截取点(IP3)表电源电流(I,mA)5555征了当有频率相近信号时，放大器抑制互调失真的能HBM静电释放额定值>250>250力。绝对稳定性是指放大器在任何输入或者输出负载条(ESD,V)件下都不会产生振荡的能力。其它一些规格，包括电流消耗、回波损耗和人体模型静电释放(HBMESD)等也同样重要，在LNA设计过程中也必须对其加以考虑。表1.VDD=5V，温度=25°C条件下的LNA规格为了以最小的代价获取最优化的性能，需要采用一些特殊的设计技术。低频带和高频带LNA的目标规格如表1所示。技术和拓扑结构选择为获得优秀的RF

10、性能、超低的噪声和高线性度，设计选择使用0.5μm增强型pHEMT技术。由于该技术在FET的门极只需要正电压，因而也简化了MMIC设计。这样就可以直接把电源接地，并且无需额外元件构成自偏置结构。电路仿真也因此可以相当精确。设计采用了具备高带宽、高增益和高反向隔离度等特点的共源共栅LNA拓扑结构。SkyworksSolutions,Inc.•电话[781]376-3000•传真[781]376-3100•sales@skyworksinc.com•www.skyworksinc.comSkyworks专利和保密信息•产品和产品信息如有更改，恕不另行通知•2

11、010年9月10日1白皮书•用于基础架构接收器的超低噪声放大器设计设计步骤噪声系数(NF)和输入匹配本论文将详细讲述SKY67101-396LF900MHzLNA的噪声系数和输入回波损耗是LNA设计中的主要因素。设计方案。SKY67100-396LF1900MHz的设计使用相共源共栅设计的第一级旨在获得最佳的噪声系数、输出同的方法，通过频率调整技术实现。低频带和高频带的阻抗匹配和目标漏源电流(Ids)下的P1dB。而缓冲级则测量结果和仿真结果显示在“仿真和测量结果比较”部是在不影响其它性能规格的前提下获取最佳的IP3性分。能、输出匹配和P1dB。该拓扑结

12、构通过源极反馈几乎可以在所有阻抗下保持稳定（在添加级间网络、输出网络、传输线路损耗和SMT元件寄生阻抗后，可以实现偏置电路绝对稳定。请参阅“线性度”和“稳定性”部分）。图图1显示的是随温度、制程和电源电压变化，将LNA的3显示拓扑结构频率变化时的增益和NFmin最小噪声系电流消耗稳定在大约55mA左右的主动调节偏置电路。数）权衡。R1用于通过设置引脚4的电压来设置偏置总电流。电源偏置的任何波动将由有源偏置电路进行稳定处理。通过L1电感器，引脚2获得经过稳定处理的门极电压。这些元件还用于实现输入阻抗和噪声系数源阻抗的匹配。图3.频率变化时的增益与NFmin

13、权衡图4显示900MHz时共源共栅拓扑结构在史密斯图中源极稳定区域内的噪声系数常量圆、源级稳定性圆和可图1.偏置、匹配元件和封装用的增益圆。温度变化（-40°C至+80°C）时电源电流的测量值与仿真值差异约为3mA（如图2所示）。图2.温度变化时补偿后的测量电流与仿真电流的对比图4.可用的增益和噪声圆SkyworksSolutions,Inc.•电话[781]376-3000•传真[781]376-3100•sales@skyworksinc.com•www.skyworksinc.com2•2010年9月10日•Skyworks专利和保密信息•产品和产

14、品信息如有更改，恕不另行通知白皮书•用于基础架构接收器的超低噪声放大器设计考虑S