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下一代通信接收機必須在很寬的帶寬上提供更好的靈敏度和動態范圍,因此,接收機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)偽形態高電子遷移率晶體管(PHEMT)和硅鍺(SiGe)異質結雙極晶體管(HBT)的最新研究成果。傳統放大器供應商和非傳統放大器供應商,都對新型LNA表示了濃厚的興趣，期望借助這些LNA滿足眾多應用提出的超低噪聲要求。這些應用包括GPS接收器、3G/4G蜂窩基站接收器、無線局域網(WLAN)、衛星通信系統和其它微波與毫米波通信系統等。 例如，模擬與混合信號半導體供應商Skyworks Solutions公司就利用最新的PHEMT7技術開發出可用于最新超低噪聲放大器的耗盡型和增強型PHEMT(D-PHEMT和E-PHEMT)器件。該公司還利用第三方代工廠生產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解決方案的應用。最先推出的PHEMT是耗盡型晶體管，增強型器件計劃在2010年晚些時候發布。 此外，Skyworks還成功設計出分立式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。它在2GHz頻率下可提供16dB的增益和0.4dB的噪聲指數。SKY65052-372LF是具有更大裸片尺寸和更大功率的一款產品，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、+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絡的兩級LNA(圖1)。SKY65037-360LF和SKY65040-360LF就是這種LNA產品，它們均采用Skyworks 公司先進的PHEMT工藝制造。據Skyworks的產品營銷經理Alan Miller介紹，這些器件具有不到1dB的噪聲指數，而且允許設計師在不降低噪聲指數的情況下調節電流和增益。例如，SKY65037-360LF在 900MHz頻率點具有0.6dB的噪聲指數，同系列產品SKY65040-360LF在1.95GHz點具有0.65dB的噪聲指數。 
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。通過調節供電電流(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。通過調節供電電流(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，工作電壓為1.4V至3.3V，額定電流為18mA。它的噪聲指數只有1.5dB至2.8dB，增益可達18.7dB至10.7dB。 針對噪聲指數小于1dB、增益和線性度更高的應用，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技術實現，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，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。
針對無線基礎設施應用而采用集成策略的公司還有Mimix Broadband。該公司采用E-PHEMT工藝技術成功開發出帶片上集成式有源偏置電路的MMIC LNA產品(圖2)。據該公司的產品經理Amer Droubi透露，XG1015-SE將是該系列產品中的第一個成員，定于今年下半年發布。XG1015設計頻率覆蓋范圍從100MHz至 3500MHz，噪聲指數小于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產品HMC504LC4B。這個器件具有19dB的小信號增益，噪聲指數是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、三階截取點輸出功率超過+40dBm的產品。該公司還在進一步改進PHEMT技術，以便開發出噪聲指數低于0.5dB、覆蓋頻率范圍相同且高線性度的LNA。RFMD工程技術總監Terry Hon表示，通過整合更短柵極長度的E-PHEMT工藝和先進拓撲技術，RFMD已經成功實現了在900MHz處的噪聲指數僅為0.6dB。去年，RFMD公司發布了噪聲指數小于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器件內部已進行了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體芯片 (CSIC)大會上，RFMD開發人員與Northrop Grumman合作演示了在2GHz至8GHz范圍內低于0.2dB的噪聲指數和超過2W的輸出功率。然而，為了使基于GaN-HEMT的全匹配MMIC LNA達到這個指標，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RFMD公司透露，RF2815已被臺灣的一家制造商用于CDMA智能手機。 同樣提供具有低噪聲指數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。這款帶濾波器的LNA專門針對高可靠性應用而設計，工作電壓從5V至32V，電流消耗僅77mA。 超低噪聲也是Mini-Circuits公司產品的一個顯著優勢。最新產品TAMP-960LN+具有0.55dB的噪聲指數、18dB的增益和 16.5dBm的輸出功率。以大批量蜂窩應用為目標的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輸入LNA就適用于覆蓋S、C、X、Ku和Ka波段的衛星通信應用。這些LNA采用同軸輸出，匹配50Ω阻抗。通過在波導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的這些最新波導輸入多級LNA可直接連接天線(圖3)。因此，B&Z Technologies公司總裁、創始人Javed Siddiqui表示，在波導與LNA增益級之間的接口與天線之間的損耗達到了最小。
BZW- 07250775-是B&Z Technologies公司BZW112-1系列產品中的一員。該產品在7.25GHz至7.75GHz之間具有0.6dB的噪聲指數和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+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WR- 15波導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品。 表：主要供應商的超低噪聲GaAa MMIC放大器性能表。
作者：Ashok Bindra |
