用于基础架构接收器的超低噪声放大器设计

图 8. 匹配源和负载后的仿真P1 dB

稳定性
稳定性是 LNA 最重要的要求之一。典型的规格要求实现最高 18 GHz 频率下绝对稳定工作。每一级设计也必须符合绝对稳定工作的要求，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。

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。

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。评估板偏压使用 4.0 V 单电源。

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。

图 9. SKY67101-396LF 评估板布局

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。

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。

图 10. SKY67101 增益仿真值和测量值

图 11. SKY67100 增益仿真值和测量值

图 12 描述了 SKY67101 设备的输入和输出回波损耗。0.9 GHz 测得的输入和输出回波损耗均高于 20 dB。

图 12. SKY67101 回波损耗仿真值和测量值

图 13 描述了 SKY67100 设备的输入和输出回波损耗。

图 13. SKY67100 输入和输出回波损耗仿真值和测量值

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 14. SKY67101 大信号数据仿真值和测量值

图 15. SKY67100 大信号数据仿真值和测量值

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评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 16. SKY67101 噪声系数 (NF) 仿真值和测量值

图 17. SKY67100 噪声系数 (NF) 仿真值和测量值

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。

图 18. SKY67101 稳定性仿真值和测量值

图 19. SKY67100 稳定