利用GaAs PHEMT設(shè)計(jì)MMIC LNA

　　帶有Cascade Microtech公司晶片探測(cè)系統(tǒng)的Agilent Technologies公司的HP 8510矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀被用于測(cè)量MMID裸片。對(duì)于兩種設(shè)計(jì)，均測(cè)量了1~3V電壓范圍內(nèi)的S參數(shù)。采用Sonnet Software公司輸入和輸出匹配電路軟件進(jìn)行的電磁(EM)仿真，與原來采用Agilent Technologies公司Advanced Design System(ADS)進(jìn)行仿真相比，頻率偏移稍高。實(shí)際設(shè)計(jì)的頻率偏移比ADS或Sonnet的預(yù)計(jì)都高得多，這可能是由于匹配電路建模誤差、PHEMT器件建模誤差，或由于晶片工藝的正常變化而造成。

　　4x12.5μm(50μm) PHEMT是由6x50μm(300μm) PHEMT的非線性模型按比例縮放。模型按比例縮放會(huì)產(chǎn)生誤差。較小的器件具有更高的品質(zhì)系數(shù)(Q)，使其更難以匹配，并且更容易由于建模或器件的變化而出現(xiàn)頻率偏移。對(duì)一些實(shí)際的4x12.5μm D模式和E模式器件進(jìn)行測(cè)量并重新仿真NLA，是確定由于PHEMT模型變化產(chǎn)生多大偏移的一個(gè)很好的途徑。不幸的是，唯一一個(gè)可在晶片制造中測(cè)量的PHEMT為標(biāo)準(zhǔn)6x50μm器件。圖3顯示了采用ADS微帶產(chǎn)品對(duì)D模式LNA進(jìn)行的ADS仿真，以及采用Sonnet EM仿真的匹配電路和測(cè)量所得增益。增益比E模式LNA高大約3dB(圖4)。

　　實(shí)際器件與預(yù)計(jì)相比，噪聲值表現(xiàn)也在頻率上有更高的偏移。對(duì)線纜損耗進(jìn)行修正后，測(cè)得的噪聲值比預(yù)計(jì)的高1dB左右。E模式器件表現(xiàn)的噪聲值(及增益)出優(yōu)于D模式器件。圖5顯示了采用噪聲分析儀測(cè)得的D模式和E模式LNA的增益和噪聲值。

　　對(duì)兩種器件采用信號(hào)發(fā)生器和頻譜分析儀測(cè)量輸出功率壓縮。由于放大器比仿真在頻率上有更大的偏移，原來在8.4GHz的預(yù)測(cè)值與在8.9GHz的實(shí)測(cè)值相當(dāng)。圖6顯示了實(shí)測(cè)和仿真D模式LNA輸出功率作為輸入功率以及增益的函數(shù)。圖7顯示了E模式LNA的輸出功率和增益測(cè)量。兩種器件在都傾向于比仿真預(yù)測(cè)在更低輸出功率上壓縮。這對(duì)于在同樣晶片上運(yùn)行的其他設(shè)計(jì)很典型，它可能是由于正常工藝變化或建模誤差造成的。

　　總之，D模式和E模式LNA有顯示了超低DC功耗水平的優(yōu)良性能。在漏電流(IDS)為2mA時(shí)，在1.0、1.5、2.0和3.0V分對(duì)的具有良好噪聲性能和增益的兩種設(shè)計(jì)測(cè)量其S參數(shù)。當(dāng)然，輸出功率在較低電壓和DC功耗方面更受局限。測(cè)量2mA偏置電流3V時(shí)輸出功率以進(jìn)行比較。正如預(yù)計(jì)的，平均而言E模式PHEMT器件比D模式器件的增益高2~3dB，噪聲值更優(yōu)0.33dB。E模式器件的正柵偏壓使其更容易被集成于電池供電的低功率器件中。相反，D模式器件需要負(fù)柵源電壓(VGS)，它要求額外的負(fù)電源或使用源電阻和更高的漏電壓，以將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為單一的正電源。

　　概括而言，TriQuint Semiconductor公司作為測(cè)試電路制造了兩種類似的LNA設(shè)計(jì)，以及2005 Johns Hopkins University(JHU) MMIC Design Course(EE787)秋季課程其他學(xué)生的MMIC。兩種設(shè)計(jì)以mW級(jí)的低功耗，展示了良好的增益(8~12dB)和良好的噪聲值(3~3.5dB)，對(duì)于低功率LNA，E模式器件展示了好得多的增益和噪聲值。