4～8 GHz宽带单片集成低噪声放大器设计

从图4和图5可以看出，当VDS=2 V时，KGS为一0．3 V处的最小噪声系数仅比最低点高0．02 dB，此时最大稳定增益比最高点低1 dB。第一、二级放大器选取此工作点能够兼顾噪声系数与增益的要求，第三级考虑到放大器的线性输出功率，选取偏置点为最大饱和漏极电流Idss的50％左右。最终实现5 V单电源供电下，直流供电电流为38 mA。三级PHEMT晶体管各级偏置如表1所示。

2．2 稳定性分析
在微波频段，源极负反馈电阻两端并联的电容会使放大器在某些频点产生自激振荡，突变成振荡器，严重时还可能烧毁芯片。为避免三级放大器在工作时起振，必须保证每一级晶体管以及整体电路都满足绝对稳定性的条件。
文中在第一级晶体管源极串联合适的电感，同时在放大器末级输出端口接入阻性衰减器，以确保级联放大器在所有频率点绝对稳定。稳定性度量通常用稳定因子K、B表示，若K>1，B>0，电路就能稳定工作。图6中电路稳定性的仿真结果表明，在DC0～16 GHz频率范围内，稳定因子K、B满足条件，电路绝对稳定。

2．3 仿真结果分析
先后采用随机法和梯度法来优化电路，获得电路优化后的前仿真结果。考虑电阻、电感、电容等元件的寄生效应，对电路进行电磁场仿真，获得噪声系数、S参数的后仿真结果。前、后仿真结果对比如图7和图8所示。

从图7和图8可以看出，后仿真结果与前仿真相比，4～8 GHz内，增益降低2 dB，噪声系数约增加0．5 dB，这是由电路元件的寄生参数和相互间的电磁干扰造成的。仿真结果表明该宽带单片低噪声放大器的增益平坦度保持在0．5 dB以内，输入、输出驻波比2。超宽带、高增益、低噪声的优异性能使这款放大器具有实际应用价值。低噪声放大器版图如图9所示。

3 结束语
采用先进的0．15μm GaAs PHEMT工艺设计了一款4～8 GHz宽带单片低噪声放大器。此放大器无需任何片外匹配元件，单电源供电，能有效简化系统的设计。仿真结果表明：工作频率在4～8 GHz范围内，放大器噪声系数1．4dB，增益约23dB，带内增益起伏不超过0．5dB，输入输出驻波比2，全频带内保持绝对稳定，适用于C波段无线通信接收机系统。