3～6GHz SiGe HBT Cascode低噪声放大器的设计

基于Jazz 0.35μm SiGe工艺设计一款满足UWB和IEEE802.11a标准的低噪声放大器.采用并联电感峰化技术与Cascode结构来展宽带宽;完成了芯片版图的设计,芯片面积为1.16 mm×0.78 mm;在带宽为3~6 GHz范围内,最大增益为26.9 dB,增益平坦度为±0.9 dB.放大器的输入输出匹配良好,其回波损耗S₁₁和S₂₂均小于-10dB,输入与输出驻波比小于1.5,1 dB压缩点为-22.9 dBm.在整个频段内,放大器无条件稳定.     

应用于OFDM超宽带系统中的0.18μm Gm-C滤波器和可变增益放大器的设计

为实现超宽带可变增益放大器（ultra-wide band variable gain amplifier,UWB-VGA）在超宽频带下大的增益变化范围和每个变化增益在超宽频带范围内良好的增益平坦度,提出了一种适用于超宽带可变增益放大器的双重增益控制（dual gain control,DGC）技术,由改进型电流镜增益控制结构和动态增益反馈控制结构共同实现.基于双重增益技术,设计了应用于3.0~6.0 GHz频带下的超宽带可变增益放大器,完成超宽带可变增益放大器的电路结构原理图和版图的设计.考虑在射频波段下版图、器件结构、工艺及封装产生中存在的寄生效应和耦合效应,对电路结构原理图和版图进行Momentum电磁联合仿真.结果表明：联合调整双重增益控制单元的2个控制电压V_{ctrl_1}和V_{ctrl_2},超宽带可变增益放大器在3.0~6.0 GHz频段范围内可以同时获得大的增益变化范围和良好的增益平坦度,当动态信号反馈增益控制电压V_{ctrl_2}为5.00 V时,改进型电流镜增益控制电压V_{ctrl_1}从2.50 V变化到3.20 V时,超宽带可变增益放大器的增益变化幅度为5.5 dB,每个变化增益的平坦度≤ ±2.0 dB,S₁₁、S₂₂都小于-10.0 dB,输入输出匹配良好.

     

适于超宽带放大器的增益平坦化反馈技术

为研究反馈技术对宽带放大器增益平坦度的影响,从异质结晶体管(HBTs)的小信号模型入手,得到几种不同反馈形式下HBTs的S参数解析表达式.分析不同反馈形式对S参数的影响及传输增益S₂₁的幅度变化.在这几种反馈技术中,纯电阻负反馈可以改进整个超宽频带内的反射,实现宽带的输入输出匹配;引入串联电感或并联电容等电抗元件,采用串联电阻和电感或并联电阻和电容的电抗性反馈可使S₂₁的幅度随着频率的增大而逐渐上升,从而补偿晶体管本身高频增益的下降,同时也抵消电阻负反馈引起的增益下降.综合优化电阻反馈和电抗反馈,能实现低噪声放大器在3.1~10.6 GHz范围内的增益平坦性.     

一种平坦高增益的宽带低噪声放大器设计

针对宽带低噪声放大器带宽内增益波动性大的问题,设计一种平坦高增益的宽带低噪声放大器。采用两级放大器级联形式,在第一级放大电路中引入负反馈电路,设计ATF-54143的偏置电路并分析其稳定性。在两级放大电路之间添加增益补偿网络,改善宽带低噪声放大器的阻抗匹配和增益平坦度。仿真结果表明,在0.9~2.5GHz频率范围内,该宽带低噪声放大器的增益为(30.0±0.3)dB,噪声系数小于1.5dB,输入、输出反射系数均小于-10dB,达到设计要求。在误差允许范围内,实物测试结果与仿真结果相符合。     

基于负反馈和有源偏置的宽带低噪放设计

提出一种基于改进型负反馈电路的宽带低噪声放大器.放大器芯片采用0.25 μm GaAs pHEMT工艺设计和SiP技术封装.通过调节封装内芯片外围负反馈电路实现增益平坦度优化,将低噪放工作频带拓展至0.5~2.5 GHz,可有效覆盖GSM、TD-SCDMA、WCDMA、GPS等多个应用频段.片内的稳压及温度补偿有源偏置电路可对供电电压波动及环境温度变化进行有效补偿,以适应复杂工作环境.经测试,低噪声放大器的供电电压为3.3 V,功耗为40 mW,工作频率为0.5~2.5 GHz,带宽高达5个倍频程,带内增益约为14 dB,增益平坦度≤1 dB,噪声系数≤1.3 dB,输入输出回波损耗≤-10 dB,输入三阶交调点≥1 dBm,封装后尺寸为3 mm×3 mm×1 mm.     

400MHz～2.4GHz宽带低噪声放大器设计

采用0.15μm砷化镓赝配高电子迁移率晶体管工艺,设计一款频率400 MHz~2.4GHz宽带低噪声放大器。采用两级级联结构,将前级放大器的输入阻抗匹配到最佳噪声阻抗得到最小噪声;后级放大器采用负反馈结构得到较宽的工作频带;级间引入失配补偿方法,即在晶体管增益滚降处引入高频增益,使得放大器工作频带拓宽,提高带内平坦度。仿真结果表明,该低噪声放大器工作频率为400 MHz~2.4GHz,频带内噪声系数为1dB,增益为34dB,增益平坦度为3.1dB,回波损耗优于-10dB,满足了低噪声、超宽带和高平坦度的要求。     

低失真超高频线性中功率晶体管

叙述了主要用于UHF频段CATV主电榄放大器的高增益、低失真、线性中功率晶体管的设计和实践。在对晶体管失真及增益与器件参数研究的基础上,给出了低失真晶体管的最佳设计,并使3DA300晶体管在IM₃=-60dB时P_out≥110dBμv,在500MHz时|S_21e|²≐10dB。     

带有源偏置的系统级封装低噪声放大器模块

针对近年来快速发展的多模卫星组合导航技术需求,提出覆盖主流全球卫星导航系统(GNSS)频段(包括GPS、GLONASS、伽利略、北斗)的低噪声放大器模块.该低噪声放大器模块采用SIP封装技术,在一个3 mm×3mm×1mm的塑料封装内集成了低噪声放大器芯片及输入输出匹配电路等片外电路,封装外无需额外分立元件.低噪声放大器芯片采用低噪声的0.25μm GaAs pHEMT工艺流片.在芯片设计中,提出新型的有源偏置电路,可以抵御电源电压和环境温度的波动,使该低噪声放大器模块能够在复杂的环境中稳定工作.测试结果表明,该低噪声放大器模块在工作频段内噪声系数约为0.65dB,增益可达20dB,输入输出回波损耗小于-10dB,中心频率输入三阶互调阻断点为0.6dBm,电源电压为3.3V,功耗为15mW.     

无螺旋电感的小面积SiGe HBT宽带低噪声放大器

设计了一款无螺旋电感的1~6 GHz频段的小面积高性能SiGe HBT宽带低噪声放大器(wideband low noise amplifier,WLNA).采用具有优良阻抗匹配特性的共基放大器作为输入级,并采用噪声抵消技术抵消其噪声达到输入噪声匹配;共射放大器作为输出级,有源电感替代螺旋电感实现电感峰化技术来扩展频带宽度、提高增益的平坦度.基于Jazz 0.35μm SiGe BiCMOS工艺,完成了版图设计,WLNA的版图尺寸仅为105μm×115μm,与使用螺旋电感的WLNA相比,芯片面积大大减小.利用安捷伦公司的射频/微波集成电路仿真工具ADS进行了验证.结果表明:该WLNA在1~6 GHz频段内,S₂₁>16 dB,NF<3.5 dB,S₁₁<-10 dB,S₂₂<-10 dB.对于设计应用于射频前端的小面积、低成本、高性能的单片WLNA具有一定的指导意义.     

地面数字电视调谐器前端宽带低噪声放大器设计

设计了一种宽带CMOS低噪声放大器(LNA)。采用基于前馈原理抵消噪声的CG(共栅)结构,其频率范围覆盖电视调谐器的频道范围(50～900 MHz)。相比传统的电阻负反馈低噪声放大器,提出的放大器电路具有更好的性能指标。在工作频率内,电压增益(S21)大于14.3 dB,S11小于-11.3 dB,噪声系数(NF)低于2.87 dB,增益1 dB压缩点为-4.4 dBm,输入参考三阶交调点(IIP3)高于5 dBm。     

基于ADS的2GHz低噪声放大器设计

该文根据对晶体管结构和低噪声放大器原理的分析,利用ADS软件设计了一个低噪声放大器。通过采用HBT晶体管,设计偏置电路、负反馈电路和输入输出匹配电路,实现在2GHz频率下,低噪声放大器绝对稳定,增益大于13dB,噪声系数低于1．0dB,输出驻波比小于1．3,输入驻波比小于2．5。     

基于变压器反馈的紧凑型宽带低噪声放大器

运用变压器反馈技术,基于65 nm CMOS工艺设计了一款紧凑型宽带低噪声放大器。电路采用两级共源共栅结构,基于变压器的输入匹配网络实现了宽带输入匹配,漏源正反馈提高了电路的增益,漏源负反馈增强了其稳定性,电路总面积仅为0.156 mm²。仿真结果表明,设计的宽带低噪声放大器的最大增益为18.2 dB,3dB带宽为31～45 GHz, 1 dB带宽为32～44 GHz。在36 GHz时,最低噪声系数为4.5 dB,1dB带宽内噪声系数均低于5.2 dB。     

基于SiGe BiCMOS工艺的5GHz低噪声放大器的设计

基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺,设计了一款应用于WLAN 802.11频段的低噪声放大器(LNA).采用了共射级的两级级联结构,发射极运用电感负反馈,有效地提高了增益和线性度.仿真结果表明,在5~6GHz工作频段内,小信号增益S₂₁达20.5 dB,噪声系数NF低于2 dB,正向传输系数S₁₁小于-19 dB和反向传输系数S₂₂小于-18 dB,实现了较好的输入输出匹配.     

一款用于超宽带接收系统的3 GHz-5 GHz低噪声放大器

设计了一种基于共源结构的两级级联超宽带低噪声放大器.该低噪声放大器采用了源端电感和四分之一阻抗变换器,在不恶化电路噪声系数的情况下具有较好的输入匹配.通过使用GaAs赝调制掺杂异质结场效应晶体管( pHEMT)器件,在PCB板上实现了低噪声放大器的加工,加工测试结果与原理图仿真结果基本符合.测试结果表明,该低噪声放大器的增益达到12±1.5 dB,最小噪声系数为1.8 dB,输入输出匹配结果良好.     

0.18μm CMOS 5.1GHz低噪声放大器的设计

一种基于TSMC 0.18μm CMOS工艺的5.1GHz频率下的CMOS低噪声放大器。采用源极电感负反馈共源共栅电路结构,使放大器具有较高的增益和反相隔离度,保证较高的品质因数和信噪比。利用ADS对电路进行调试和优化,设计出低功耗、低噪声、高增益、高稳定性的低噪声放大器。通过ADS软件仿真得到较好的结果:在1.8V电压下,输入输出匹配良好,电路增益为16.12dB,噪声系数为1.87 dB,直流功耗为9.84mA*1.8V。     

2.4GHz/5.2GHz dual-band LNA based on reuse of active inductors

为了同时满足无限局域网(wireless local area network,WLAN)和新一代无限保真(wireless fidelity,WIFI)无线通信标准,设计实现了一款增益可多重调节的低功耗双频段低噪声放大器(dual-band low noise amplifier with multiple gain-tunability,MGT-DBLNA).输入级采用串-并联谐振滤波网络以实现双频段输入匹配.放大级采用可调谐的有源电感作负载和偏置电压可变的电流复用结构,一方面,可通过调节有源电感的外部偏压和偏置电路的电压2种不同方式,对MGT-DBLNA的增益进行单独或联合调节,另一方面降低了功耗.输出级采用由电流镜以及共集电极放大器构成的可控缓冲器,可实现增益的进一步调节.基于WIN 0.2μm GaAs HBT工艺库进行验证,结果表明:在不同工作频率2.4、5.2GHz下,MGT-DBLNA的增益(\t\t\t\t\tS\t\t\t\t\t₂₁)可分别在3.9~12.3dB、12.6~20.2dB范围内调节;输入回波损耗(\t\t\t\t\tS\t\t\t\t\t₁₁)与输出回波损耗(\t\t\t\t\tS\t\t\t\t\t₂₂)均小于-10.0dB;噪声系数(noisefigure,NF)小于3.4dB;在5.0V的工作电压下,静态功耗小于20.0mW.所提出的MGT-DBLNA不仅实现了增益的大范围调节,同时也降低了功耗.\t\t\t\t

     

20~26 GHz硅基氮化镓可变增益低噪声放大器

基于100 nm硅基氮化镓(GaN)工艺,本文设计并实现了一款工作频段为20～26 GHz且增益平坦的可变增益低噪声放大器(VGLNA).该放大器采用三级共源级级联来实现高增益,并通过调节第二、第三级的栅极偏置实现增益控制.测试结果表明,该放大器在工作频段内实现了超过20 dB的增益可变范围和±1.5 dB的增益平坦度,在增益可变范围内功耗为126 mW至413 mW.在最大增益状态下,该放大器在整个频段内可实现大于20 dB的小信号增益且噪声系数(NF)为2.95 dB至3.5 dB,平均输出1dB压缩点(OP1dB)约为14.5 dBm.该芯片的面积为2 mm~2.     

基于GaAs pHEMT工艺的0.1 GHz～8.0 GHz低噪声放大器

基于0.25μm GaAs pHEMT工艺,设计了一款工作频率为0.1 GHz～8.0 GHz的超宽带低噪声放大器,采用单级共源共栅(cascode)结构,使用电阻并联负反馈扩展了低噪声放大器的带宽,并且采用电感中和技术补偿了高频增益与提高频率响应。仿真结果表明：该款低噪声放大器的分数带宽高达195%,噪声系数小于1.32 dB,最高增益为21.2 dB,1 dB压缩点为16 dBm。在砷镓化合物工艺设计的低噪放中,本文拥有195%的分数带宽,较高的增益和较低的噪声系数。     

改善放大器噪声性能的SiGe HBT几何参数优化设计

研究有源器件SiGe HBT的几何参数对单片低噪声放大器(LNA)噪声性能的影响.基于0.35μm SiGe BiCMOS工艺,研制了4款采用不同几何参数的SiGe HBT LNA.实验结果显示,在给定的偏置条件下,当发射极宽长比较小时,小范围改变发射极宽度对噪声系数(NF)改善微弱,但适当增长发射极条长和增加发射极条数明显降低了NF,且不牺牲增益.另外,与采用其他几何尺寸的SiGe HBT LNAs相比,选用器件发射极面积为A_E=4μm×40μm×4的LNA性能最优,在0.2~1.2 GHz内获得低至2.7 dB的噪声系数,高达26.7 dB的相关增益和最接近于50Ω的最佳噪声源阻抗.由于没有使用占片面积大的电感,放大器芯片面积仅为0.2 mm².     

基于噪声抵消的有源匹配SiGe HBT低噪声放大器设计

基于Jazz0.35μmSiGe工艺,设计了一种满足2G、3G和WIMAX标准的有源匹配SiGe HBT低噪声放大器.利用共基极晶体管输入阻抗小和共集电极晶体管输出阻抗较小的特点,通过选取晶体管的结构和偏置电流,实现了输入、输出有源阻抗匹配.由于未采用占芯片面积大的电感,减少了芯片面积,芯片面积(含焊盘)仅为0.33mm×0.31 mm;由于共基极晶体管的噪声系数比共射极晶体管的噪声系数高,采用噪声抵消结构减少了其引入噪声.低噪声放大器在(0.6~3)GHz工作频带内,增益为17.8~19.2dB,增益平坦度为±0.7dB;有源输入、输出匹配良好;在整个频段内,无条件稳定.