分布式MMIC放大器的设计

尽管单独的6*30μm PHEMT模型管的实测值和仿真结果很吻合，但是把晶体管的实测数据带入电路进行二次仿真，确实得出了更接近实测值的高端滚降特性。设计者再次使用了Sonnet公司的电磁仿真软件，以5平方微米的分辨率以及100μm的衬底厚度对整个设计进行电磁仿真。对于Sonnet软件，这个电路面积相对较大，以至于必须分割成两个子块来分析。使用Sonnet电磁仿真结果加上实测的晶体管参数，得出的整个电路的各项指标和实际测试值吻合。Sonnet软件的仿真结果和ADS的二次仿真结果也很吻合(图12、13、14)，注意：增益和匹配在高频段(10GHz左右)形状相似，但是仍然略有差别。尽管这些差别很小，但是仍然有必要寻找这些差异的解释。约翰·霍普金斯大学MMIC学科的学生反而能从这些差别中学到更多东西。寻找这些差别的来源，更有利于增长他们的设计经验。使用TriQuint公司的产线为其流片，并让学生参与成品的测试，使该项课程更具实际意义，因而得到了大家的一致好评。约翰·霍普金斯大学也对TriQuint、Agilent(原EEsof)和Applied Wave Research等公司的有力支持表示衷心的感谢。

图10：实测的(蓝色)6×30μm栅宽增强型PHEMT测试建模管的S21和S22和仿真结果(红色)的对比。

图11：采用Sonnet软件竞相电磁仿真时采用的版图，电路被分成两块，分析每块采用的分辨率为2.5μm。

图12：实测的晶体管数据和ADS软件方针结果(淡蓝色)、Sonnet仿真结果(红色)的对比。

采用PHEMT器件的分布式MMIC放大器在1~10GHz的频率范围内显示出平坦的宽带增益，并且其噪声系数比以前的MESFET方案更小。如设计所预期，0.5μm栅长的PHEMT器件在3~3.3V，28~32mA的供电条件下，取得了理想的增益和噪声性能，功耗仅为100mW，且偏置范围有一定的调节空间(可以在20到175mW之间调节)。使用模型管参数带入ADS和Sonnet软件再仿真的结果也和实测结果吻合。实测的输出功率、DC偏置和噪声系数等指标也和仿真结果吻合。分布式放大器中，在输入输出馈线端使用集总元件或分布式传输线，以吸收晶体管的电容的方法，可以广泛的应用于其他的MMIC工艺和设计之中。

图13：输入反射系数S11的实测值，ADS仿真值(红色)和Sonnet的仿真值(品红色)的对比。

图14：输出反射系数S22的实测值(红色)，ADS仿真值(蓝色)和Sonnet的仿真值(品红色)的对比。

作者：John E. Penn Johns Hopkins University/Applied Physics Laboratory