基于SiGe HBT宽带低噪声放大器的设计及实现

发布时间：2020-06-20 11:22

【摘要】：低噪声放大器(LNA)是现代无线通信系统中的重要模块,由于其在接收系统中所处的特殊位置,对高性能LNA的研制有重要的工程应用价值。本课题基于SiGe异质结双极晶体管,分别在1.6-2.4 GHz和6-1 0GHz频段完成了低噪声放大器的研制和仿真。主要工作如下:首先,分析了LNA的性能指标,包括增益、噪声、带宽、稳定性和驻波比等。对低噪声放大器的拓扑结构进行了归纳比对。其次,选用NXP公司SiGe异质结双极性晶体管完成了1.6-2.4GHZ频段内LNA的研制。依据设计指标,对所选微波器件进行了输出特性扫描并确定最佳工作点。晶体管的增益随频率升高大幅下降,本课题采用负反馈结构,在晶体管基极和集电极之间添加RC网络补偿高频段衰减的增益,并在其输出端口并联RC电路削减低频段增益来改善LNA的增益平坦度。低噪声放大器噪声系数和功率增益是相互制约的参量,本文通过在最小噪声和最大增益之间折中选取最佳的源阻抗点完成了输入阻抗的匹配。原理图联合版图仿真满足设计指标。在LNA版图设计中,采用大面积的铜层作为地线,并在电源引脚处并联两个电容对外界引入的高频信号进行旁路。测试结果显示在带宽内,LNA输入和输出端口回波损耗均低于-l0dB,增益为15dB±0.5dB,平坦度良好,噪声系数低于1.8dB。最后,完成了6-l0GHz低噪声放大器的设计。不同的频率下晶体管的S参数和输入输出阻抗也不同。对于本次宽带低噪声放大器的设计,采用并联和串联负反馈相结合的方法,并加入级间和衰减网络来调节LNA的增益平坦度与稳定性。该放大器是由两个SiGe HBT晶体管复合构成,中间采用电容直接耦合的方式。原理图和版图联合仿真的结果显示在工作频段内,LNA的噪声系数小于2.5dB,增益介于20-22.5dB之间,增益平坦度小于2.5dB,输入输出回波损耗均低于-10dB,稳定性良好,满足设计指标。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN722.3
【图文】：

结构图,双极性晶体管,异质结,结构示意图

图1-2 SiGe异质结双极性晶体管结构示意图Fig.1-2 SiGe heterojunction bipolar transistor structure SiGe HBT 的结构图，基极和发射极采用不同的材料，由极注入的载流子将受到阻碍，并且电流增益不会强烈依赖率。所以，可通过对基区高掺杂来降低体电阻、提高频率

稳定性判定,稳定圆,圆图,放大器

平面上画出该圆，如图 2-8 所示。图2-8 放大器输入稳定性判定圆Fig.2-8 Amplifier input stability decision circle图2-8所示为放大器输入稳定性判定圆，稳定圆| | = 1将整个圆图划分成2个区域，在稳定圆图上，放大器处于临界稳定状态。也就是说在设计 LNA 的时候，处于圆图上的点有可能使放大器振荡，也有可能使放大器稳定，所以需要判定这两个区域那个是对应稳定的区域，那个是不稳定的区域。可用如下方法确定，以输入稳定性圆为例，如果 = 0，此时 =

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