基于基础架构接收器的超低噪声放大器设计方案

　　引言

　　放大器要适用于无线基础架构接收器，必须满足低噪声、高线性度和无条件稳定性等关键要求。为此，Skyworks使用 0.5 微米增强型pHEMT(即E-pHEMT)技术开发了新的低噪声放大器(LNA)系列。覆盖 0.7–1.0 GHz的 SKY67101-396LF 和覆盖 1.7–2.0 GHz 的SKY67100-396LF 适用于 GSM、WCDMA、TDSCDMA 和 LTE基础架构接收回路应用。为降低成本和节省 PCB 空间，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。

　　1 规格

　　噪声系数(NF)性能是接收器系统的关键参数之一，因为它描述的是对低电平信号的接收能力。噪声系数越低，接收器的灵敏度越好。以三阶交调截取点(IP3)表征了当有频率相近信号时，放大器抑制互调失真的能力。绝对稳定性是指放大器在任何输入或者输出负载条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(HBM ESD)等也同样重要，在 LNA 设计过程中也必须对其加以考虑。

　　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。

　　表 1. VDD = 5 V，温度 = 25°C 条件下的 LNA 规格

　　2 技术和拓扑结构

　　选择为获得优秀的 RF 性能、超低的噪声和高线性度，设计选择使用 0.5 μm 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。

　　3 设计步骤

　　本论文将详细讲述 SKY67101-396LF 900 MHz LNA 的设计方案。SKY67100-396LF 1900 MHz 的设计使用相同的方法，通过频率调整技术实现。低频带和高频带的测量结果和仿真结果显示在“仿真和测量结果比较”部分。

　　3.1 偏置电路

　　图 1 显示的是随温度、制程和电源电压变化，将 LNA 的电流消耗稳定在大约 55 mA 左右的主动调节偏置电路。

　　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。

　　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 3 mA(如图2所示)。

　　3.2 噪声系数(NF)和输入匹配

　　噪声系数和输入回波损耗是 LNA 设计中的主要因素。