论文部分内容阅读
本文详细阐述了当前实现微波宽带低噪声放大器的多种电路拓扑,仔细分析了各种结构的工作原理并比较了各自的优缺点。
采用电抗匹配的方法设计宽带微波低噪声放大器(LNA),创新提出了基于电抗匹配的宽带LNA的单边设计模型和双边设计模型,在改进的双边设计模型中,考虑了栅源反馈电容对电路性能的影响,仔细计算了在该模型中噪声阻抗的大小,分析了基于源级电感负反馈的宽带LNA的实现方法,利用了栅源反馈电容的作用,通过调节输出负载的办法,推导了其在容性负载阻抗和阻性负载阻抗配合情况下的宽带实现;并据此设计加工流片制作6GHz-20GHz,26GHz-38GHz以及55GHz-65GHz微波宽带低噪声放大器电路。
利用共栅极配置的晶体管提供的负阻特性,分析了基于Cascode架构的行波放大器,并详细给出了其负阻特性的推导,证明了其负阻特性用于行波放大器上可以展宽带宽,提高增益,详细给出了共源管共栅管配置对电路性能的影响,指出共源管和共栅管之间的传输线对最终性能影响重大,以及共源管共栅管栅宽比对最后电路性能的影响。详细分析了基于共源共栅配置的行波放大器单元对版图布局的限制和要求以及对实际工艺流程的要求,最后根据系统要求设计并制作了2GHz-20GH单片行波放大器电路。
根据实际流片工艺,给出了在ADS MONTUMN中对高频电路做电磁场全波仿真的设置方法,通过实例指出了采用不同的电路结构的物理分割对仿真精确度的准确性有着影响;分析在低噪声放大器设计中,接地通孔模型的准确性对放大器输入驻波有着重大的影响作用,通过对其做三维电磁场仿真,对通孔的寄生电感做了修正,并通过实际的电路仿真测试结果比较,证明了对原有FOUNDRY模型修正会极大的提高设计仿真精确度。
在实际测试中,建立了全自动的芯片在片测试系统。为了测试宽带低噪声放大器的噪声,采用噪声分析仪的系统下变频模式,得到宽带低噪声芯片下变频到噪声分析仪频率范围之内的噪声系数;为了测试宽带混频器的噪声,采用噪声分析仪的下变频模式得到宽带混频器芯片下变频到噪声分析仪频率范围之内的噪声系数;为了测量微波功率放大器芯片,提出并建立了一套基于脉冲直流偏置的功率器件测试系统,使得待测件可以工作在等温的环境里,利用了FET的开关特性来调制脉冲信号,从而使沟道温度对器件的射频及物理特性的影响降低到最低。