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下一代通信接收機(jī)必須在很寬的帶寬上提供更好的靈敏度和動態(tài)范圍,因此,接收機(jī)需要依靠低噪聲放大器(LNA) 在較寬的頻帶上提供更高的增益和線性度。這些高性能LNA可以充分利用砷化鎵(GaAs)偽形態(tài)高電子遷移率晶體管(PHEMT)和硅鍺(SiGe)異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)的最新研究成果。傳統(tǒng)放大器供應(yīng)商和非傳統(tǒng)放大器供應(yīng)商,都對新型LNA表示了濃厚的興趣，期望借助這些LNA滿足眾多應(yīng)用提出的超低噪聲要求。這些應(yīng)用包括GPS接收器、3G/4G蜂窩基站接收器、無線局域網(wǎng)(WLAN)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)和其它微波與毫米波通信系統(tǒng)等。 例如，模擬與混合信號半導(dǎo)體供應(yīng)商Skyworks Solutions公司就利用最新的PHEMT7技術(shù)開發(fā)出可用于最新超低噪聲放大器的耗盡型和增強(qiáng)型PHEMT(D-PHEMT和E-PHEMT)器件。該公司還利用第三方代工廠生產(chǎn)SiGe器件。這些SiGe器件主要用于那些要求電流非常低和集成式LNA解決方案的應(yīng)用。最先推出的PHEMT是耗盡型晶體管，增強(qiáng)型器件計劃在2010年晚些時候發(fā)布。 此外，Skyworks還成功設(shè)計出分立式PHEMT器件和集成式多級單片微波集成電路(MMIC)。該系列的第一個產(chǎn)品是覆蓋850MHz至6GHz頻率范圍的分立型低噪聲N溝道D-PHEMT晶體管。在2.4GHz頻率上，SKY65050-372LF晶體管可以提供1dB壓縮點+8dBm的輸出功率、+20dBm的第三階截取點輸出功率和0.4dB的噪聲指數(shù)。它在2GHz頻率下可提供16dB的增益和0.4dB的噪聲指數(shù)。SKY65052-372LF是具有更大裸片尺寸和更大功率的一款產(chǎn)品，覆蓋頻率范圍是 450MHz至6GHz。這款器件可以提供1dB壓縮點+19dBm的輸出功率，在2.4GHz頻率可提供0.85dB的噪聲指數(shù)、+34dBm的三階截取點輸出功率和16dB的增益。它在采用3V電源工作時電流為16mA。 針對市場對集成方案的需求，Skyworks提供帶集成式級間匹配網(wǎng)絡(luò)的兩級LNA(圖1)。SKY65037-360LF和SKY65040-360LF就是這種LNA產(chǎn)品，它們均采用Skyworks 公司先進(jìn)的PHEMT工藝制造。據(jù)Skyworks的產(chǎn)品營銷經(jīng)理Alan Miller介紹，這些器件具有不到1dB的噪聲指數(shù)，而且允許設(shè)計師在不降低噪聲指數(shù)的情況下調(diào)節(jié)電流和增益。例如，SKY65037-360LF在 900MHz頻率點具有0.6dB的噪聲指數(shù)，同系列產(chǎn)品SKY65040-360LF在1.95GHz點具有0.65dB的噪聲指數(shù)。 
雖然SKY65037-360LF覆蓋0.7GHz至1.2GHz頻帶，但SKY65040-360LF的工作頻率是從1.5GHz至2.4GHz。通過調(diào)節(jié)供電電流(從30mA至100mA)，SKY65037-360LF在900MHz處的增益可以在15dB至25dB范圍內(nèi)變化。 SKY65037-360LF的其它特性包括在900MHz頻率處具有1dB壓縮點+18dBm的輸出功率、65mA電流時+32dBm的三階截取點輸出功率。通過調(diào)節(jié)供電電流(從30mA至100mA)，SKY65040-360LF在1.95GHz處的增益也可以在15dB至25dB范圍內(nèi)改變。 SKY65040-360LF在65mA電流時可提供+34.5dBm的三階截取點輸出功率，在1.95GHz處可提供1dB壓縮點+16dBm的輸出功率。 針對移動通信應(yīng)用，安華高科技(Avago Technologies)公司推出了覆蓋1.5GHz至8.0GHz頻率范圍的集成式GaAs寬帶LNA MMIC。這款型號為MGA-21108的器件采用0.25μm工藝、第三代E-PHEMT技術(shù)，工作電壓為1.4V至3.3V，額定電流為18mA。它的噪聲指數(shù)只有1.5dB至2.8dB，增益可達(dá)18.7dB至10.7dB。 針對噪聲指數(shù)小于1dB、增益和線性度更高的應(yīng)用，安華高采用了具有有源偏置電路的兩級平衡式配置。比如MGA-13516和MGA-14516 LNA，它們采用0.25μm E-PHEMT技術(shù)實現(xiàn)，分別覆蓋400MHz至1.5GHz和1.4GHz至2.7GHz頻率范圍。這些LNA可提供0.66dB的噪聲指數(shù)和 31.8dB的增益，三階截取點輸出功率為+38dBm。這兩個器件在1dB增益壓縮點的額定輸出功率是+23.5dBm。 如果需要0.5dB甚至更好的噪聲指數(shù)，安華高提供封裝相同的兩個平衡的低噪聲E-PHEMT晶體管。在相同封裝中封裝了兩個平衡的低噪聲E-PHEMT晶體管。配對的MGA-16516在850MHz處可提供0.45dB的噪聲指數(shù)和17.5dB的增益。MGA-16516覆蓋700MHz至1.7GHz 頻率范圍，MGA-17516覆蓋1.7GHz至2.7GHz范圍。可工作于更高頻率的MGA-17516在1.85GHz處具有0.52dB的噪聲指數(shù)和17.2dB增益，此外它還能提供+13.7dBm的三階截取點輸入功率和1dB壓縮點+21.5dBm的輸出功率。而MGA-16516只能提供+11.5dBm的三階截取點輸入功率，在1dB壓縮點的輸出功率為+18dBm。
針對無線基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用而采用集成策略的公司還有Mimix Broadband。該公司采用E-PHEMT工藝技術(shù)成功開發(fā)出帶片上集成式有源偏置電路的MMIC LNA產(chǎn)品(圖2)。據(jù)該公司的產(chǎn)品經(jīng)理Amer Droubi透露，XG1015-SE將是該系列產(chǎn)品中的第一個成員，定于今年下半年發(fā)布。XG1015設(shè)計頻率覆蓋范圍從100MHz至 3500MHz，噪聲指數(shù)小于1dB，在2GHz處的三階截取點輸出功率超過+34dBm。雖然與分立器件相比，該器件的噪聲指數(shù)稍大，但Droubi聲稱，XG1015-SE容易使用，并且采用單電源供電，片上集成式有源偏置電路允許直接連接3V電源。這個LNA在900MHz點的增益為19dB，在+3V直流電源下，1dB壓縮點的輸出功率為+18.5dBm。 同樣，Hittite Microwave公司也已推出一款覆蓋14GHz至27GHz頻率范圍的寬帶GaAs MMIC LNA產(chǎn)品HMC504LC4B。這個器件具有19dB的小信號增益，噪聲指數(shù)是2.2dB，三階截取點輸出功率為+26dBm，在4V電源電壓下僅消耗 90mA電流。HMC504LC4B可以用作平衡式同相/正交(I/Q)或圖像抑制混頻器的本振(LO)驅(qū)動器，在1dB壓縮點的輸出功率為+17dBm。 RF Micro Devices(RFMD)公司是另外一家為無線應(yīng)用提供高增益和高線性度LNA的制造商。這家公司采用E-PEMT技術(shù)和集成式單片阻抗匹配方法成功推出一款低于1dB噪聲指數(shù)、三階截取點輸出功率超過+40dBm的產(chǎn)品。該公司還在進(jìn)一步改進(jìn)PHEMT技術(shù)，以便開發(fā)出噪聲指數(shù)低于0.5dB、覆蓋頻率范圍相同且高線性度的LNA。RFMD工程技術(shù)總監(jiān)Terry Hon表示，通過整合更短柵極長度的E-PHEMT工藝和先進(jìn)拓?fù)浼夹g(shù)，RFMD已經(jīng)成功實現(xiàn)了在900MHz處的噪聲指數(shù)僅為0.6dB。去年，RFMD公司發(fā)布了噪聲指數(shù)小于0.75dB、2GHz處的三階截取點輸出功率超過+40dBm的SPF5122Z。該器件工作頻率范圍從50MHz 至4000MHz，在1,900MHz處的1dB壓縮點的輸出功率為23.4dBm，在900MHz處可提供18.9dB的增益。這個LNA器件內(nèi)部已進(jìn)行了50Ω的匹配，使用3V至5V單電源工作，工作電流為90mA。該公司還發(fā)布了在5V電源下電流為46mA的另外一個低功率版本器件 SPF5043Z，它在50MHz至4000MHz頻率范圍內(nèi)具有相似的性能。 通過充分利用GaN HEMT帶來的好處，RFMD公司正致力于滿足下一代多載波基站提出的寬帶、超低噪聲和高線性度要求。去年在美國加州蒙特利舉辦的化合物半導(dǎo)體芯片 (CSIC)大會上，RFMD開發(fā)人員與Northrop Grumman合作演示了在2GHz至8GHz范圍內(nèi)低于0.2dB的噪聲指數(shù)和超過2W的輸出功率。然而，為了使基于GaN-HEMT的全匹配MMIC LNA達(dá)到這個指標(biāo)，放大器必須冷卻到-30℃。 在今年早些時候，RFMD推出了一款基于GaAs-PHEMT的GPS LNA。它在多芯片模塊中包含了集成式聲表面波(SAW)濾波器和支持元件。據(jù)RFMD公司透露，RF2815已被臺灣的一家制造商用于CDMA智能手機(jī)。 同樣提供具有低噪聲指數(shù)和高增益的陶瓷濾波式GPS LNA的公司是Spectrum Microwave。這些表面貼封裝的小型LNA，在1,575.42MHz處具有超過35dB的帶外抑制性能，允許設(shè)計師選擇26、32或38dB的增益等級，同時能保持1.8dB的低噪聲指數(shù)。這款帶濾波器的LNA專門針對高可靠性應(yīng)用而設(shè)計，工作電壓從5V至32V，電流消耗僅77mA。 超低噪聲也是Mini-Circuits公司產(chǎn)品的一個顯著優(yōu)勢。最新產(chǎn)品TAMP-960LN+具有0.55dB的噪聲指數(shù)、18dB的增益和 16.5dBm的輸出功率。以大批量蜂窩應(yīng)用為目標(biāo)的TAMP-960LN+，覆蓋824MHz至960MHz的頻率范圍。致力于提高微波和毫米波LNA 性能的其它公司還包括B&Z Technologies、Endwave Corp.、HXI Millimeter Wave和M/A-COM Technologies。例如B&Z Technologies公司演示的低損耗波導(dǎo)輸入LNA就適用于覆蓋S、C、X、Ku和Ka波段的衛(wèi)星通信應(yīng)用。這些LNA采用同軸輸出，匹配50Ω阻抗。通過在波導(dǎo)本身中技巧性地整合噪聲匹配電路和阻抗變換器，基于GaAs-HEMT的這些最新波導(dǎo)輸入多級LNA可直接連接天線(圖3)。因此，B&Z Technologies公司總裁、創(chuàng)始人Javed Siddiqui表示，在波導(dǎo)與LNA增益級之間的接口與天線之間的損耗達(dá)到了最小。
BZW- 07250775-是B&Z Technologies公司BZW112-1系列產(chǎn)品中的一員。該產(chǎn)品在7.25GHz至7.75GHz之間具有0.6dB的噪聲指數(shù)和34dB的典型增益。這個LNA通常可提供±0.5dB的增益平坦度，群時延是±10ps，1dB壓縮點的額定輸出功率是+10dBm。它采用單+12V供電，最大電流消耗是120mA。 Renaissance Electronics公司的子公司HXI Millimeter Wave Products，采用GaAs MMIC成功開發(fā)出頻率范圍從50GHz至65GHz的LNA HLNAV-364。這個器件可提供至少25dB的小信號增益和±2dB的增益平坦度，噪聲指數(shù)是5dB。雖然輸入功率最大為-10dBm，但該器件在 1dB壓縮點的典型輸出功率可達(dá)+13dBm。這個LNA的典型功率要求，在+6.5V直流電源時為275mA。HLNAV-64完全匹配該公司W(wǎng)R- 15波導(dǎo)至同軸適配器的頻率范圍，因此非常適合寬帶測試裝置使用。HXI Millimeter Wave Products公司還提供更高增益版本的產(chǎn)品。 表：主要供應(yīng)商的超低噪聲GaAa MMIC放大器性能表。
作者：Ashok Bindra |
