隨著TD-LTE的快速成長(zhǎng)，以及基站朝多頻多模技術(shù)發(fā)展，新近開(kāi)發(fā)的器件需具備關(guān)閉功能，讓系統(tǒng)能在傳送或接收狀態(tài)時(shí)，輕松地關(guān)閉其他功能。此外，針對(duì)無(wú)線基礎(chǔ)架構(gòu)市場(chǎng)的器件，客戶需要更高集成度的解決方案，并同時(shí)維持高線性度效能，以及滿足較低的功耗要求。同時(shí)，為因應(yīng)基站小型化的趨勢(shì)，高集成度與高效射頻解決方案都是業(yè)者持續(xù)努力發(fā)展的目標(biāo)。

低噪聲放大器(LNA)位于接收鏈路中距離信號(hào)被捕捉很近的位置，所有后面的處理都是基于低噪放放大后的信號(hào)進(jìn)行的，所以一個(gè)低噪放是決定系統(tǒng)整體性能的關(guān)鍵器件。隨著無(wú)線環(huán)境變得越來(lái)越擁堵，運(yùn)營(yíng)商必須在所有條件下實(shí)現(xiàn)最佳的接收效果，以保持他們所宣稱的數(shù)據(jù)率性能，因而低噪聲放大器的重要性是不能忽視的。

盡管大多數(shù)智能手機(jī)用戶不知道WCDMA和LTE的區(qū)別，也不能完全理解不同數(shù)據(jù)率之間的差別，但是消費(fèi)者卻很重視電話掉線、信號(hào)衰減、上傳/下載速度的表現(xiàn)。對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，速度快就是好，慢就是不好，通話掉線就意味著流失客戶。價(jià)值鏈中的每一環(huán)，包括制造商、射頻解決方案供應(yīng)商和運(yùn)營(yíng)商，比以往任何時(shí)候都有充分的理由來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)據(jù)表現(xiàn)。

以TriQuint新發(fā)布的兩款超低噪聲放大器，TQP3M9036和TQP3M9037為例，這些產(chǎn)品能提供低于0.5 dB 噪聲系數(shù)效能，以及高線性度性能與高增益。為了提供TD-LTE多模基站更高的靈活性，新款低噪聲放大器也具備了關(guān)閉模式功能。

圖1：新款TQP3M9036和TQP3M9037低噪聲放大器在集體工作頻率范圍為400至2700 MHz，提供任何設(shè)備最佳的低噪聲系數(shù)、高線性和無(wú)條件穩(wěn)定性組合。

設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

設(shè)計(jì)一款低噪聲放大器以滿足市場(chǎng)挑戰(zhàn)，是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。要在盡可能低的電流下，試圖兼顧高增益、低噪聲、高線性度、50歐姆匹配輸入和輸出端口、和無(wú)條件穩(wěn)定等相互沖突的要求。每種電子設(shè)計(jì)都無(wú)法避免地涉及到平衡相互依存的性能目標(biāo)。在這種產(chǎn)品情況下，噪聲匹配相對(duì)于增益和輸入回波損耗，穩(wěn)定性相對(duì)于增益、噪聲系數(shù)、線性，當(dāng)然還有成本效益相對(duì)于性能，以上這些都是主要的考慮因素。

滿足這些需求的TriQuint最佳選擇是砷化鎵(GaAs)增強(qiáng)模式的pHEMT工藝，其過(guò)渡頻率為45-GHz，最大電流為325 mA/mm，600 ms/mm的高跨導(dǎo)。增強(qiáng)模式在制造超低噪聲器件中變得越來(lái)越流行，因?yàn)樗藢?duì)負(fù)電源電壓的需要。選擇級(jí)聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，原因是其固有的高增益、實(shí)現(xiàn)寬帶寬的能力和高穩(wěn)定性 、和對(duì)于兩個(gè)晶體管電路相對(duì)較低的部件數(shù)量。低噪聲放大器通常操作在其最大漏極電流的15%和20%之間，以獲得最佳的噪聲系數(shù)、線性和可靠性。TriQuint通過(guò)高性能和成本有效的集成，為基站制造商簡(jiǎn)化了射頻連接和設(shè)計(jì)。

雖然不久前，噪聲系數(shù)低于1 dB、輸出三階截點(diǎn)(OIP3) 33 dBm一般就能被接受，但是現(xiàn)在性能要求更高了。基站第一級(jí)低噪聲放大器的低噪聲系數(shù)，會(huì)直接影響接收器的敏感度，而三階線性度會(huì)影響通道干擾相關(guān)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍。通過(guò)集成、封裝的低噪聲放大器實(shí)現(xiàn)超低噪聲性能在以往是不可能的，但是現(xiàn)在不同了。TriQuint 的兩個(gè)新型集成、表面貼裝的砷化鎵(GaAs) E-pHEMT低噪聲放大器從400到1500 MHz和從1500到2700 MHz，噪聲系數(shù)可以實(shí)現(xiàn)0.45 dB或更低、OIP3為+35 dBm、至少19 dB增益的需求。這些系數(shù)是目前商業(yè)市場(chǎng)上覆蓋這些頻率范圍的集成低噪聲放大器的最佳性能。由于將關(guān)鍵功能集成到了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的封裝，TriQuint的器件簡(jiǎn)化了射頻設(shè)計(jì)流程，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了更優(yōu)異的低噪聲性能。

新款低噪聲放大器介紹

新的低噪聲放大器是以TriQuint的0.35微米 pHEMT增強(qiáng)模式工藝制成的，覆蓋400到2700 MHz，適用于全球范圍使用的大多數(shù)授權(quán)和很多關(guān)鍵無(wú)規(guī)范限制的無(wú)線頻帶。相應(yīng)的，這些新的器件也非常適合基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用，包括蜂窩基站、塔頂放大器(TMA)、小蜂窩無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、中繼器、在700 MHz頻帶中運(yùn)營(yíng)的LTE網(wǎng)絡(luò)、以及使用UHF頻譜中“空白信號(hào)頻譜”的新興無(wú)線系統(tǒng)。

TQP3M9036低噪聲放大器覆蓋400 MHz到1500 MHz，噪聲系數(shù)為0.45 dB，900 MHz時(shí)增益為19 dB，而且具有高線性(+35 dBm OIP3)。TQP3M9037可在1.5到2.7 GHz之間運(yùn)行，噪聲系數(shù)為0.4 dB，在1900 MHz時(shí)的增益為20 dB，OIP3為+36 dBm。這兩款產(chǎn)品的優(yōu)異噪聲性能可以顯示于圖形。在圖2顯示了TQP3M9037和TQP3M9036的噪聲系數(shù)。從1700到大約2300 MHz，TQP3M9037的噪聲系數(shù)實(shí)際上低于0.4 dB，在1900 MHz左右，可低至0.33 dB。TQP3M9036的噪聲系數(shù)(在700到900 MHz之間)通常低于其 0.45 dB 額定值，在整個(gè)波段從來(lái)沒(méi)有高于0.47 dB，在800 MHz時(shí)降到僅0.41 dB。

圖2：TQP3M9036和TQP3M9037的噪聲系數(shù)相對(duì)于頻率顯示它們的性能明顯超過(guò)額定的規(guī)格。

這兩款器件都非常堅(jiān)固，而且可以承受超過(guò)+22 dBm來(lái)自阻塞干擾或發(fā)射功率漏損的高功率輸入信號(hào)。它們具有無(wú)條件的穩(wěn)定性，內(nèi)部匹配至50 ohms，結(jié)合了一個(gè)有源偏置電路，以確保不同溫度條件下的最佳性能。通過(guò)數(shù)字關(guān)閉偏置功能，這兩款低噪聲放大器滿足了不斷增長(zhǎng)的TDD-LTE市場(chǎng)的需求。這兩款低噪聲放大器具有靈活性，可以從+3到+5 VDC的偏置電壓提供優(yōu)異性能，無(wú)需負(fù)電源電壓。兩個(gè)器件互相具有引腳兼容性，采用符合RoHS規(guī)范的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的2x2 mm，8引腳DFN封裝。只需要4個(gè)外部組件—1個(gè)電感器(choke)和旁路/阻塞電容器進(jìn)行運(yùn)行。兩款器件的詳細(xì)規(guī)格請(qǐng)見(jiàn)表1。

表1: 低噪聲放大器主要的規(guī)格

大多數(shù)具有非常低噪聲系數(shù)的低噪聲放大器，都需要一個(gè)外部高Q值射頻扼流圈(choke)柵極偏置，以保持器件的性能。TriQuint的TQP3M9036和TQP3M9037，扼流器實(shí)現(xiàn)在芯片上，這為射頻工程師降低了低噪放設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。偏置網(wǎng)絡(luò)通過(guò)電流反射鏡和電阻反饋，可以在不同溫度下保持穩(wěn)定性，同時(shí)提供開(kāi)關(guān)電路實(shí)現(xiàn)數(shù)字關(guān)閉功能。

第一級(jí)的低噪聲放大器一般由濾波器所包圍，這些濾波器都具有帶外高度反射性。因此，這些產(chǎn)品的設(shè)計(jì)還確保了無(wú)條件的穩(wěn)定性，以消除針對(duì)這些應(yīng)用的其他低噪聲放大器可能會(huì)發(fā)生的潛在振蕩。采用的設(shè)計(jì)技巧包括輸出電阻性負(fù)載和OIP3與增益的權(quán)衡、一個(gè)輸入到輸出反饋網(wǎng)絡(luò)可以提高在較低頻率下的穩(wěn)定性、輸出濾波器匹配在演示出不穩(wěn)定的頻率范圍內(nèi)、和源極退化以提高在更高頻率下的穩(wěn)定性。

作者：Tuan Neuyen and Mark Andrews，TriQuint半導(dǎo)體