4～8 GHz寬帶單片集成低噪聲放大器設(shè)計(jì)
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文獻(xiàn)給出小信號(hào)模型中PHEMT管的S參量表達(dá)式為
由式(2)～式(4)可以發(fā)現(xiàn)，不考慮寄生參數(shù)時(shí)，S參數(shù)與頻率無關(guān)，增益和輸入輸出回波損耗比較穩(wěn)定。
高頻時(shí)PHEMT的寄生參數(shù)對(duì)微波性能影響較大。由于柵源電容Cgs的存在，當(dāng)反饋支路中的電阻Rf增大時(shí)，寄生參數(shù)的作用較明顯，放大器帶寬變窄，|S21|隨頻率滾降。為克服此缺點(diǎn)，文中采用負(fù)反饋單級(jí)放大器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖3所示。在反饋環(huán)中串接電感Lf，使帶內(nèi)低頻端支路阻抗變小，反饋量增加；高頻端支路阻抗變大，反饋量減少。另外，串接電感補(bǔ)償了受PHEMT管寄生參數(shù)擾亂的S21相位，使反饋得以正
常進(jìn)行。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/186811.htm
另外，文中結(jié)構(gòu)采用電阻自偏壓技術(shù)，偏置由有源晶體管器件自身柵源極形成壓差作為負(fù)壓源，電壓值為-Vd，即Rd兩端電壓Vd的負(fù)值。源極串聯(lián)的電阻Rd引入了噪聲并導(dǎo)致增益下降，在電阻兩端接入一個(gè)旁路電容Cd，使射頻信號(hào)直接通過電容耦合到地而避免能量衰減。這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了單電源供電，與常見的雙電源供電方式相比，不需要為防止柵極受損、漏極過流而損壞，專門設(shè)計(jì)能保證負(fù)壓先、正壓后供電順序的特定電源電路，有效簡(jiǎn)化了偏置網(wǎng)絡(luò)，減少了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度。
2 仿真分析
文中基于微波仿真軟件AWR Microwave Office，對(duì)放大器電路偏置工作點(diǎn)、穩(wěn)定性、噪聲系數(shù)以及S參數(shù)進(jìn)行了仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。
2．1 偏置點(diǎn)選取
偏置電路給場(chǎng)效應(yīng)管提供一個(gè)直流工作點(diǎn)，直流工作點(diǎn)影響著最小噪聲系數(shù)與最大穩(wěn)定增益。設(shè)計(jì)中放大器三級(jí)晶體管均選用柵長(zhǎng)為0．15μm、柵寬尺寸為4×50μm的PHEMT晶體管。對(duì)晶體管的直流工作點(diǎn)進(jìn)行掃描，管芯的I-V特性曲線和最小噪聲系數(shù)(NFmin)、最大穩(wěn)定增益MSG隨VGS變化的曲線如圖4和圖5所示。
從圖4和圖5可以看出，當(dāng)VDS=2 V時(shí)，KGS為一0．3 V處的最小噪聲系數(shù)僅比最低點(diǎn)高0．02 dB，此時(shí)最大穩(wěn)定增益比最高點(diǎn)低1 dB。第一、二級(jí)放大器選取此工作點(diǎn)能夠兼顧噪聲系數(shù)與增益的要求，第三級(jí)考慮到放大器的線性輸出功率，選取偏置點(diǎn)為最大飽和漏極電流Idss的50％左右。最終實(shí)現(xiàn)5 V單電源供電下，直流供電電流為38 mA。三級(jí)PHEMT晶體管各級(jí)偏置如表1所示。
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評(píng)論