低噪声、高线性度的3.5GHzLNA设计

　　无线接收机的灵敏度实际上主要与系统噪声系数(F)有关，因为带宽(BW)由标准预先确定。

　　(公式1)

　　低噪声放大器(LNA)正如它的名字含义那样，通过减小系统噪声系数来提高接收机的灵敏度。Friss公式表明，接收机第1级电路的噪声系数(F1)占主导作用，后级电路(即F2,F3...)的影响则逐渐减小。

　　(公式2)

　　其中，Gn代表接收链路中第n级电路的增益。

　　发射机和接收机通过选频双工器，或者频域双工或时域双工(TDD)的射频开关，共用一根天线。另外，在LNA之前可能会插入一个带通滤波器，用于防止被强大的带外干扰所阻塞或减敏。遗憾的是，双工器和滤波器都是无源器件，都存在一定的射频损耗。因为这些损耗发生在LNA之前，所以它们对总的灵敏度有很大的影响。因此，如果LNA噪声系数具有一定的设计余量，那么双工器和滤波器的损耗指标也许就不那么重要了。

　　除了低噪声外，其它重要的性能参数还包括增益和线性度。无线基础设施通常包含一个塔顶安装的LNA，这个LNA需要通过一根长电缆连接到地面的无线电小屋，因此，为了克服电缆损耗，最好具有较高的增益。线性度之所以重要，是因为在塔周围的射频频谱非常拥挤，因为要与其它无线服务共享基站。

　　本文的目的是要表明，从性能和成本角度考虑，单级GaAs PHEMT微波单片集成电路(MMIC)是实现无线基础设施使用的3.5GHz LNA的最佳解决方案。

　　MMIC器件

　　图1显示了安华高公司MGA-635P8 MMIC的内部和外部电路。内部电路由制造在同一裸片上的一个共源共栅放大器(AMP)和一个有源偏置调节器(BIAS)组成。共源共栅拓扑结构主要是根据3.5GHz时大于15dB增益这个要求设计的，因为以前采用相同的GaAs增强型伪形态高电子迁移率晶体管(ePHEMT)工艺的共源(CS)设计只能达到约13dB的增益。虽然两级共源电路可以通过级联达到期望的增益，但共源共栅拓扑结构具有电流再使用的额外优势，即同一电流流经两级电路。

图1：(a)LNA电路和(b)PCB和元件。

　　在一些接收机实现中，当输入信号很强时，LNA之后的增益级电路将被射频开关旁路掉。开关切换引起的LNA负载匹配(ΓL)的变化将被传回到输入匹配(S11)，因为该器件为非单向型(即S12≠0)。天线和输入滤波器都是对端接非常敏感的器件，它们可能因S11变化而失谐。当S12接近于零时，S11对负载变化的敏感度会降低，(公式21) (当s12→0)。

　　共源共栅拓扑的反向隔离是共源拓扑的1/200至1/2000，这是选择共源共栅拓扑的第二个原因。由于直接转换接收器对本地振荡器的自混频较灵敏，所以此器件同样能从较好的隔离中受益。