1.9GHz基站前端射頻LNA仿真與實現(xiàn)研究
1 LNA的設計
1.1 LNA結(jié)構(gòu)選擇
通常,在LNA的設計中主要考慮低噪聲系數(shù)(NF)、足夠的增益(G)和絕對的穩(wěn)定性。對于本文TMA放大器中LNA設計的實際技術規(guī)范要求如表1所示。同時要求所使用的LNA結(jié)構(gòu)滿足良好的輸入輸出匹配,保證LNA的穩(wěn)定性,兼顧到功分/合路網(wǎng)絡的低損耗、幾何尺寸小,工作帶寬內(nèi)良好的相位和幅度匹配,足夠的工作帶寬(涵蓋在1.95GHz左右),符合CDMA標準上行頻率。據(jù)此選擇了以平衡結(jié)構(gòu)為特征的LNA結(jié)構(gòu)(如圖2)。這種平衡結(jié)構(gòu)的重要特性是:它較單階放大器的截點高出一倍,并以標準50Ω實現(xiàn)輸入輸出匹配,在某一路硬件失效時電
路的冗余設計可保證系統(tǒng)的正常運行。但通常增益減少6dB。表1 LNA主要技術規(guī)范列表
為使圖2中的LNA模塊噪聲系數(shù)、截點和增益達到表1中的各項指標,設計漏極電流Id=60mA。同時,要求單個放大元件在此偏置點的工作性能達到優(yōu)于表1的規(guī)范值。由于E-pHEMT元件ATF-54143在電流Id=60mA下,具有最佳的截點(IP3)和最小噪聲系數(shù)Fmin漏源極電壓Vds為3V時,具有稍高的增益;偏置是+5V穩(wěn)定電壓,所需單極性+3V電壓更具有優(yōu)勢,因此選擇其作為放大元件。
1.2 偏置及匹配網(wǎng)絡的設計和源端接地電感處理
1.2.1 偏置及匹配網(wǎng)絡的設計
ATF-54143的偏置網(wǎng)絡是根據(jù)元件的靜態(tài)工作點和輸入輸出匹配網(wǎng)絡設計得出。輸入匹配網(wǎng)絡則由元件的最佳噪聲反射系數(shù)Topt為主來決定,以求得噪聲系數(shù)NF降到最??;輸出匹配則要求共軛匹配,以求得最大功率輸出,保證有足夠的增益,兩者都在Smith圖上實現(xiàn)輸入輸出至50Ω的匹配。首先,元件的偏置以電阻R1和R2(見圖3)組成的分壓器實現(xiàn),分壓器的電壓取自漏極電壓,并為電路提供電壓負反饋,以維持漏極電流的恒定,R3為漏柵極的限壓電阻。R1,R2,R3的計算值見式(1)。
R1=Vgs/IBB
R2=[(Vds-Vgs)
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