【正文】 版社，2006.[11] 鄭磊．微波寬帶低噪聲放大器的設(shè)計[D]．成都：電子科技大學(xué)，2006.[12] [M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.[13] Carvalho N B, Pedro J C, Martins J P. A corrected microwave multisine waveform generator[J]. IEEE Transactions on Microwave Theory amp。 Techniques, 2006, 54(6): 2659 2664.[14] 《中國集成電路大全》：國防工業(yè)出版社，1995.[15] Pavio A M J. A Network Modeling and Design Method for a 2 18Ghz Feedback Amplifier[J]. IEEE Transactions on Microwave Theory Techniques, 1982, 30(12):2212 2216.[16] 李智群，[M].北京：科學(xué)出版社,2008．[17] [M].北京：人民郵電出版社，2010.[18] 劉長軍，黃卡瑪，[M].北京：科學(xué)出版社，2005.[19] Gilmore R, Besser L,[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006. [20] [M].北京：電子工業(yè)出版,2010.附錄11～25GHz的氮化鎵高電子遷移率晶體管單片微波集成電路的低噪聲放大器Mingqi chen，學(xué)生會員，IEEE，William Sutton, Ioulia Smorchkova, Benjamin Heying，WenBen Luo，高級會員，IEEE,Vincent Gambin, Floyd Oshita,，Roger Tsai, Michael Wojtowicz，Reynold Kagiwada， Life Fellow，IEEE，Aaron Oki, Fellow，IEEE，and Jenshan Lin， Fellow，IEEE.摘要:本文使用氮化鎵高電子遷移率晶體管(HEMT)技術(shù)提出了一種超寬帶低噪聲信放大器(LNA)。通過使用一個可調(diào)節(jié)的電阻反饋拓撲結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了3dB的帶寬的，頻率范圍為1～25 GHz，以及13dB的峰值功率增益。利用幾個帶寬增強技術(shù)獲得了很大的帶寬。把一個電感連接到輸入晶體管，確保了在整個帶寬內(nèi)有良好的輸入匹配（9dB）。并聯(lián)反饋回路和感電感的源變性最小化所需的電感值。該氮化鎵高電子遷移率晶體管低噪聲放大器被認為在有報告日期的所有的氮化鎵高電子遷移率晶體管單片微波集成電路中有最大的帶寬。，最大輸出參考的1dB壓縮點為20dBm的，這種單片微波集成電路放大器擁有可以與分布式放大器相媲美的性能，但有更低的功耗和更小的面積。關(guān)鍵詞：氮化鎵； 低噪聲放大器（LNA）； 電阻反饋； 寬帶I、介紹未來射頻前端系統(tǒng)，如先進的頻率敏捷的系統(tǒng)和軟件定義的無線電，需要超寬帶（UWB），高增益，高線性度和低噪聲。據(jù)報道，氮化鎵（GaN）高電子遷移率晶體管（HEMT器件）能夠同時擁有低噪聲和高功率的性能[1],[2]。這兩個優(yōu)異的特性可以淘汰過濾器和在低噪聲放大器（LNA）之前的任何其它保護電路，從而減少了噪聲系數(shù)和復(fù)雜性，同時提高整個接收機的可實現(xiàn)的帶寬。對于設(shè)計超寬帶低噪聲放大器，共柵，電阻反饋和分布式結(jié)構(gòu)是最流行的方法。該共柵結(jié)構(gòu)的輸入跨導(dǎo)（）受輸入匹配（1/）的限制，為了保證在寬帶內(nèi)有較低的噪聲系數(shù)，其在漏極的負載必須足夠大，這就使設(shè)計更加復(fù)雜。分布式結(jié)構(gòu)以大功率和面積消耗為代價，同時獲得多倍頻程的帶寬和兩個端口的匹配。Kobayashi等人對最寬的帶寬的分布式放大器進行了論證[3]。最近，幾個具有寬帶寬、低噪聲系數(shù)、更低的功耗和面積消耗的電阻反饋式氮化鎵單片微波集成電路（MMIC）低噪聲放大器已經(jīng)被報道了[4][6]。在本文中，第一個氮化鎵單片微波集成電路低噪聲放大器雖然沒有使用分布式架構(gòu)，結(jié)果卻優(yōu)于報道過的頻率為20 GHz、有3dB帶寬的低噪聲放大器。作者認為，在迄今為止報道所有的氮化鎵高電子遷移率晶體管單片微波集成電路低噪聲放大器之間，該放大器在整個帶寬內(nèi)具有最大增益平坦度，具有良好的輸入和輸出匹配，比以前報道的分布式放大器相比有較低的功耗[3]。II、氮化鎵高電子遷移率晶體管單片微波集成電路過程與電路設(shè)計 使用諾斯羅普格魯曼公司空間技術(shù)和有兩個金屬層，包括空中橋梁，薄膜電阻和金屬絕緣體金屬電容器的氮鎵鋁/氮化鎵高電子遷移率晶體管制作氮化鎵單片微波集成電路低噪聲放大器[7]。在半絕緣性碳化硅基板上的氮鎵鋁/氮化鎵材料是通過金屬有機化學(xué)氣相沉積（MOCVD）形成的。典型二維電子氣（2DEG）為，在室溫下流動性為。峰值跨導(dǎo)和電流增益頻率分別約為300和70。圖21 氮化鎵高電子遷移率晶體管單片微波集成電路低噪聲放大器的簡化示意圖（所有的傳輸線TL15都有20的相同的寬度）低噪聲放大器的簡化示意圖如圖21所示。寬帶功率增益和輸入匹配是基于并聯(lián)反饋電阻。添加電容器、反饋電阻串聯(lián)和分流電阻為M1處提供負偏壓。為了簡化外部偏置網(wǎng)絡(luò)，連接兩級的柵極偏壓，使得只需要一個柵極偏置電壓。在M1串聯(lián)的柵極電感顯著提高了帶寬。傳輸線，TL13，當(dāng)頻率高于15GHz時，作為電感器，通過延遲的高頻電流變化來擴大帶寬。因此，在每個節(jié)點處的寄生電容是由更多的電流在相同的時間量充電。換句話說，傳輸線增加了高頻響應(yīng)，而減小低頻部分的影響。最后，在超寬的帶寬內(nèi)實現(xiàn)了平坦的增益。仿真結(jié)果如圖22所示，TL1在M1的漏極節(jié)點顯著增加了帶寬，并且加入電感器基本上改善在中間和高頻率時的輸入匹配。和因并聯(lián)反饋回路有較小的值。圖22 由于TL1和Ls而帶寬增強的仿真結(jié)果III、仿真和測量結(jié)果模具照片圖31所示。片上測量結(jié)果分別如示圖32，33,34。圖32顯示出了仿真的和實際測量的S參數(shù)之間的良好的一致性。所測量在是帶寬內(nèi)比較平坦，在10GHz達到13dB的峰值，在25GHz時下降到3dB。 GHz的頻帶范圍內(nèi)低于10dB， GHz的帶寬內(nèi)低于9dB，這顯示了良好的輸入匹配。從測得的S參數(shù)計算穩(wěn)定系數(shù)，表明該低噪聲放大器的帶寬內(nèi)無條件穩(wěn)定。仿真結(jié)果表明，在帶內(nèi)和帶外都實現(xiàn)了無條件穩(wěn)定。 dB，如圖33所示，在10～21GHz頻帶內(nèi)，噪聲系數(shù)平坦。柵極偏置電壓的設(shè)計是為了使噪聲系數(shù)最接近的最小噪聲系數(shù)。圖31 設(shè)計的低噪聲放大器的模具照片，（右下角的X和Y的標(biāo)簽是不正確的）圖32 S參數(shù)的仿真和測量結(jié)果圖33 從1到21GHz的噪聲系數(shù)的仿真和測量結(jié)果圖34 在22GHz的基本輸出功率和輸出三階交調(diào)截取點線性特性三階交調(diào)截取點（IP3）和1dB壓縮點作為的函數(shù)已經(jīng)被測量。用有11MHz間隔的兩個射頻源供入LNA輸入以獲得IP3，而一個單一射頻源被用于1dB壓縮點。圖34顯示了基本輸出功率和輸入功率在22GHz的三階互調(diào)失真（IMD3）。圖35所示，在整個帶寬內(nèi)， dBm， dBm。 V的漏極電壓來偏置。整個芯片從電源供給處消耗75mA，導(dǎo)致功率消耗900mW，這比以前公布的具有相似增益和3dB帶寬的氮化鎵單片微波集成電路低噪聲放大器都低。表31比較了該低噪聲放大器與最近公布的氮化鎵高電子遷移率晶體管單片微波集成電路低噪聲放大器。為公平的比較，該帶寬由3dB的功率帶寬確定該功率帶寬具有6dB或者更低的輸入匹配。最大噪聲系數(shù)，最小的三階互調(diào)失真和帶寬內(nèi)輸出1dB壓縮點都被使用了。圖35 輸出三階交調(diào)截取點和輸出1dB壓縮點 表31 與最近的低噪聲放大器的性能比較 BW(GHz)S21(dB)NF(dB)OIP3(dBm)OP1dB(dBm)Power（mW）TopologyGaN HEMT本次工作12513900反饋[4]41000反饋3500反饋[5]184191000反饋[6]24**150共源級[7]800共源級雙重門[3]02016*36269000分布式020*3612000分布式所有數(shù)據(jù)均是在晶片上測量得到的。*小信號s參數(shù)是在16V的低漏極電壓之下的。**OIP3是在單一頻率6GHz下測得的。IV、結(jié)論。這個設(shè)計是基于電阻反饋架構(gòu)的。為了擴展傳統(tǒng)電阻反饋放大器的頻率響應(yīng)，同時完善輸入匹配，兩個電感器和傳輸線分別串聯(lián)連接在輸入晶體管的三個端子上。所有的電感器值由兩個反饋機制來最小化，這導(dǎo)致放大器有比分布式體系結(jié)構(gòu)小得多的面積。有了良好的雙端口匹配、隔離和穩(wěn)定性，低噪聲放大器獲得一個相對平坦的功率增益，超過125 GHz帶寬，最大功率增益為13dB，，最大輸出1dB壓縮點為20 dBm，以及低功耗和小的芯片面積。參考文獻[1] . 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