基于基础架构接收器的超低噪声放大器设计方案

包括所有条件下的所有外部元件和偏置。在此频率范围内的多数情况下，高增益、低噪声的设备往往会变得非常不稳定。为了稳定设备同时满足这些要求，必须采用多种稳定性设计技术。

　　为解决低工作频率下的稳定性问题，通常在源极会采用一个电感。

　　用于输入和噪声系数匹配的源极反馈电感器也可以用来实现稳定性。常用的一种技术是使用串并行 LR 网络。

　　这种网络的作用是在低频率时充当低阻抗，而在高频率时充当高阻抗。

　　另一种常用的技术是从漏极到接地之间连接串并联 CR网络。这种网络的作用是在高频率时充当分流电阻，而在低频率时充当高阻抗。接地的分流电阻有利于稳定设备。

　　还有一种用来改善稳定性的方法，那便是在设备的输出和输入之间使用并联反馈。不过这种方法会降低噪声系数。因此，它通常用在第二级（缓冲）设计中，而不用于第一级设计。这种反馈也有利于 IP3、回波损耗（RL）和增益调整。

　　稳定电路集成于共源共栅 LNA 中。SKY67100 和SKY67101 最终的仿真稳定性和测量稳定性结果如图 16 和 17 所示。

　　3.5 静电释放因素

　　静电释放（ESD）指的是处于不同静电位的物体或表面之间发生的静电转移，它对半导体器件具有极大的破坏性。ESD 必须在产品开发的早期阶段予以解决。设计中使用功率钳制、二极管和叠接二极管 ESD 保护电路在所有引脚组合间获得 1A 级（>250 V）的 HBM 额定值。

　　设计方案中的其它部件也使用 ESD 保护电路，但需要特别注意确保不会降低小信号、大信号和噪声系数性能。

　　4 布线

　　SKY67100/SKY67101 应用测试板布线的设计旨在尽可能获得最低噪声系数和最佳稳定性。测试板为在 50 mil厚的 FR4 基底上叠加 10 mil 厚的 Rogers 4350B 基板。RF 电路中选择使用 Rogers 4350B 材料，是由于它具有介电常数（εr）低、介电常数不易受随温度变化的影响等特点，能实现最佳的噪声性能。成本相对较低的FR4 材料则用于承载其余压层，并提高机械刚度和厚度。微带线宽度和空间设计能够接受常用的 0402 尺寸的表面安装元件，同时维持统一的 50 Ω。覆铜厚度为1.4 mil，可减少电路损耗及其对噪声系数的累加效应。

　　5 元件选择

　　图9 显示的是测试板原理图。输入元件 C1、C2 和 L1决定了设备的输入匹配和噪声系数。为获得最佳的噪声系数，推荐使用高 Q 值元件。

　　如果需要增益调整，元件 R2 和 C4 可构成设备的反馈电路。

　　输出匹配通过元件 L2 和 C5 实现。

　　L2 还在偏置电路中用来对元件 C6、C7 和 C8 去耦合。

　　通过微调输出匹配，可以优化线性度。

　　6 仿真和测量结果比较

　　图10 和11 描述了 SKY67100-396LF（1.9 GHz）和SKY67101-396LF（0.9 GHz）随宽带频率范围变化得到的测量和仿真增益曲线图。SKY67101 在 0.9 GHz 的增益为 18.2 dB，SKY67100 在 1.9 GHz 的增益为 17.67dB。

　　0.9 GHz 测得的输入和输出回波损耗均高于 20 dB

　　图13 描述了 SKY67100 设备的输入和输出回波损耗。

　　图14 和15 显示了带内 OIP3 和 P1dB 性能。SKY67101的 OIP3 测量值在 900 +/- 5 MHz 获得，而 SKY67100在 1950 +/- 5 MHz 获得。

　　图16 和17 展示了 SKY67101 和 SKY67100 各自的NF 性能测量值和仿真值对比。考虑到输入接头和连接至第一个匹配元件的*估板传输线所造成的损耗，我们对 SKY67101 应用了0.05 dB 的校正系数，并对 SKY67100 应用了0.1 dB 的校正系数。

　　图18 和19 描述了SKY67101 和SKY67100 各自的稳定性性能测量值和仿真值。两个设备随带宽范围变化所显示的无条件稳定性均为 B > 0，Rollet 稳定性系数K >1。

　　7 结论

　　本文展示的是两个低噪声、高线性度放大器产品SKY67100 和 SKY67101 的设计方案。这些 LNA 均采用共源共栅拓扑结构的增强型 pHEMT 器件实现，适用于各种无线基础架构产品的接收器应用。它们都采用小型、低成本的2x2毫米 QFN 封装并使用通用的引脚和布线设计。