4~8 GHz寬帶單片集成低噪聲放大器設計
文獻給出小信號模型中PHEMT管的S參量表達式為
由式(2)~式(4)可以發(fā)現(xiàn),不考慮寄生參數(shù)時,S參數(shù)與頻率無關,增益和輸入輸出回波損耗比較穩(wěn)定。
高頻時PHEMT的寄生參數(shù)對微波性能影響較大。由于柵源電容Cgs的存在,當反饋支路中的電阻Rf增大時,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,文中采用負反饋單級放大器拓撲結構,如圖3所示。在反饋環(huán)中串接電感Lf,使帶內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,串接電感補償了受PHEMT管寄生參數(shù)擾亂的S21相位,使反饋得以正
常進行。本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/186811.htm
另外,文中結構采用電阻自偏壓技術,偏置由有源晶體管器件自身柵源極形成壓差作為負壓源,電壓值為-Vd,即Rd兩端電壓Vd的負值。源極串聯(lián)的電阻Rd引入了噪聲并導致增益下降,在電阻兩端接入一個旁路電容Cd,使射頻信號直接通過電容耦合到地而避免能量衰減。這種結構實現(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,專門設計能保證負壓先、正壓后供電順序的特定電源電路,有效簡化了偏置網(wǎng)絡,減少了系統(tǒng)設計的難度。
2 仿真分析
文中基于微波仿真軟件AWR Microwave Office,對放大器電路偏置工作點、穩(wěn)定性、噪聲系數(shù)以及S參數(shù)進行了仿真,并對仿真結果進行了分析。
2.1 偏置點選取
偏置電路給場效應管提供一個直流工作點,直流工作點影響著最小噪聲系數(shù)與最大穩(wěn)定增益。設計中放大器三級晶體管均選用柵長為0.15μm、柵寬尺寸為4×50μm的PHEMT晶體管。對晶體管的直流工作點進行掃描,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VDS=2 V時,KGS為一0.3 V處的最小噪聲系數(shù)僅比最低點高0.02 dB,此時最大穩(wěn)定增益比最高點低1 dB。第一、二級放大器選取此工作點能夠兼顧噪聲系數(shù)與增益的要求,第三級考慮到放大器的線性輸出功率,選取偏置點為最大飽和漏極電流Idss的50%左右。最終實現(xiàn)5 V單電源供電下,直流供電電流為38 mA。三級PHEMT晶體管各級偏置如表1所示。
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