基于LTCC技術(shù)的S波段低噪聲放大器的小型化設(shè)計

摘要： 分析了低溫共燒陶瓷(LTCC) 的技術(shù)優(yōu)勢和低噪聲放大器的工作原理， 介紹了該放大器的小型化設(shè)計與內(nèi)埋置方法， 提出了一種合理的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 從而減少了電路的面積與元器件數(shù)量。為電路與系統(tǒng)的小型化與低成本設(shè)計提供一個參考。

　　0 引言

　　低溫共燒陶瓷(LTCC) 技術(shù)是上世紀(jì)80年代中期出現(xiàn)的一種新型多層基板工藝技術(shù)， 低溫共燒陶瓷(LTCC) 采用獨特的材料體系， 故其燒結(jié)溫度很低， 并可與金屬導(dǎo)體共同燒制， 從而大大提高了電子器件的性能。

　　本文利用低溫共燒陶瓷(LTCC) 技術(shù)的優(yōu)勢設(shè)計了一種用于無線局域網(wǎng)的小型化、低噪聲的放大器。事實上， 低噪聲微波放大器(LNA) 目前已經(jīng)應(yīng)用于微波通信、GPS 接收機、遙感遙控、雷達、電子對抗、射電天文、大地測繪、電視及各種高精度的微波測量系統(tǒng)中， 而且， 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展， 其小型化技術(shù)也越來越受到人們的關(guān)注。

　　1 LTCC的技術(shù)優(yōu)勢

　　與普通的FR4板材相比， LTCC基板具有明顯的高頻優(yōu)勢。由于其三維多層集成功能， 因此，與傳統(tǒng)的微波板(主要是聚四氟乙烯PTFE類產(chǎn)品) 相比， LTCC在體積上占有明顯的優(yōu)勢。此外， LTCC材料的介電常數(shù)范圍寬， 可適應(yīng)各種頻段的應(yīng)用需求。與HTCC相比， 由于LTCC燒結(jié)溫度低， 可采用低熔點、低損耗的銀、金等導(dǎo)體漿料進行布線印刷， 因而極大地降低了LTCC產(chǎn)品的損耗； 并且與半導(dǎo)體工藝的熱脹系數(shù)非常接近， 更利于有源/無源集成。綜上所述， LTCC技術(shù)具有如下優(yōu)點：

　　◇ LTCC材料具有優(yōu)良的高頻高Q特性， 使用頻率可高達幾十GHz， 能很好的滿足日益發(fā)展的無線射頻微波應(yīng)用要求；

　　◇ 使用銀、金、銅及其合金等高電導(dǎo)率的金屬材料作為導(dǎo)體材料， 有利于提高電路系統(tǒng)的品質(zhì)因子， 制作的電路導(dǎo)體損耗??；

　　◇ 集成度高， 低溫共燒陶瓷(LTCC) 可以制作層數(shù)很高的電路基板， 一般可以達到幾十層甚至上百層， 并可將多個無源組件埋入其中， 而且能集成的組件種類多、參量范圍大。除L/R/C外，LTCC還可將敏感組件、EMI抑制組件、電路保護組件等集成在一起， 并對有源器件/芯片可表貼，以實現(xiàn)有源/無源集成， 有利于提高電路的組裝密度；

　　◇ 可適應(yīng)大電流及耐高溫特性要求， 并具備比普通PCB電路基板更優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性；

　　◇ 可靠性高， 耐高溫、高濕、沖振， 可應(yīng)用于惡劣環(huán)境， 如軍事通訊設(shè)備、航空航天電子、汽車電子等；

　　◇ 成本較低， 屬于非連續(xù)式生產(chǎn)工藝， 允許對生瓷基板進行檢查， 從而提高成品率， 降低生產(chǎn)成本。

　　2 整體設(shè)計方案

　　2.1 低噪聲放大器設(shè)計原理

　　低噪聲放大器與一般的放大器的不同之處在于， 低噪放是按照噪聲來最佳匹配而并非最大增益點， 因此， 增益相對會下降。噪聲最佳匹配情況下的增益稱為相關(guān)增益。通常相關(guān)增益比最大增益大概低2～4dB。

　　2.2 性能指標(biāo)、器件選擇與單級電路仿真

　　本設(shè)計采用兩級放大， 指標(biāo)要求如下： 噪聲系數(shù)Q0.8dB；增益R24dB；增益平坦度為±0.5dB；輸入輸出駐波Q1.3， 且DC～14GH穩(wěn)定。

　　設(shè)計時， 第一級放大器可選用ATF55143，它的優(yōu)勢是增益高， 噪聲系數(shù)小， 體積小， 工作電流較小， 靜態(tài)工作點穩(wěn)定， 不易自激。其基板采用ferro公司的A6膜片并考慮到內(nèi)埋置電感、電容與機械強度等因素， 電路基板的厚度為0.6mm。