利用GaAs PHEMT设计MMIC LNA

系统的Agilent Technologies公司的HP 8510矢量网络分析仪被用于测量MMID裸片。对于两种设计，均测量了1~3V电压范围内的S参数。采用Sonnet Software公司输入和输出匹配电路软件进行的电磁(EM)仿真，与原来采用Agilent Technologies公司Advanced Design System(ADS)进行仿真相比，频率偏移稍高。实际设计的频率偏移比ADS或Sonnet的预计都高得多，这可能是由于匹配电路建模误差、PHEMT器件建模误差，或由于晶片工艺的正常变化而造成。

4x12.5μm(50μm) PHEMT是由6x50μm(300μm) PHEMT的非线性模型按比例缩放。模型按比例缩放会产生误差。较小的器件具有更高的品质系数(Q)，使其更难以匹配，并且更容易由于建模或器件的变化而出现频率偏移。对一些实际的4x12.5μm D模式和E模式器件进行测量并重新仿真NLA，是确定由于PHEMT模型变化产生多大偏移的一个很好的途径。不幸的是，唯一一个可在晶片制造中测量的PHEMT为标准6x50μm器件。图3显示了采用ADS微带产品对D模式LNA进行的ADS仿真，以及采用Sonnet EM仿真的匹配电路和测量所得增益。增益比E模式LNA高大约3dB(图4)。

实际器件与预计相比，噪声值表现也在频率上有更高的偏移。对线缆损耗进行修正后，测得的噪声值比预计的高1dB左右。E模式器件表现的噪声值(及增益)出优于D模式器件。图5显示了采用噪声分析仪测得的D模式和E模式LNA的增益和噪声值。

对两种器件采用信号发生器和频谱分析仪测量输出功率压缩。由于放大器比仿真在频率上有更大的偏移，原来在8.4GHz的预测值与在8.9GHz的实测值相当。图6显示了实测和仿真D模式LNA输出功率作为输入功率以及增益的函数。图7显示了E模式LNA的输出功率和增益测量。两种器件在都倾向于比仿真预测在更低输出功率上压缩。这对于在同样晶片上运行的其他设计很典型，它可能是由于正常工艺变化或建模误差造成的。

总之，D模式和E模式LNA有显示了超低DC功耗水平的优良性能。在漏电流(IDS)为2mA时，在1.0、1.5、2.0和3.0V分对的具有良好噪声性能和增益的两种设计测量其S参数。当然，输出功率在较低电压和DC功耗方面更受局限。测量2mA偏置电流3V时输出功率以进行比较。正如预计的，平均而言E模式PHEMT器件比D模式器件的增益高2~3dB，噪声值更优0.33dB。E模式器件的正栅偏压使其更容易被集成于电池供电的低功率器件中。相反，D模式器件需要负栅源电压(VGS)，它要求额外的负电源或使用源电阻和更高的漏电压，以将设计转换为单一的正电源。

概括而言，TriQuint Semiconductor公司作为测试电路制造了两种类似的LNA设计，以及2005 Johns Hopkins University(JHU) MMIC Design Course(EE787)秋季课程其他学生的MMIC。两种设计以mW级的低功耗，展示了良好的增益(8~12dB)和良好的噪声值(3~3.5dB)，对于低功率LNA，E模式器件展示了好得多的增益和噪声值。