在移动电话和数字无绳电话等便携式通信设备中，为了在尺寸、重量、功耗、价格等方面具有竞争力，制造企业正试图用高密度集成电路取代尽可能多的分立器件。在最近的一些论文中，已经描述了s波段的低功率LNAs([1,2,3])。这些LNAs是使用一些复杂的GaAs全定制工艺制造的。由于最先进的硅双极工艺的高频性能不断提高，低成本的半定制阵列具有有限的组件选择，为射频应用提供了合理的解决方案。

为了演示这样的解决方案，我们在这封信中提出了一个非常低功耗的单片1.9GHz硅LNA，包括偏置电路在内，总电流为1.75mA。

电路设计

两级LNA的示意图如图1所示。该电路采用高增益共发射极级(Q1-RL)和发射极-从动器输出级(Q2-Q3)。这种方法消除了对耦合电容器的需求。第一级的电流由一个电阻并联反馈(R3和R4)设置，它连接到外部匹配电感(L1)，这样就不会发生噪声退化。因此，只需要一个电源电压。这种反馈也提高了放大器的偏置和射频稳定性。

利用Spice软件和基于有源器件S-和噪声参数测量数据的线性模拟器对电路进行了仿真。如图2所示，模拟性能和测量性能之间存在良好的一致性。

测量

该电路采用Maxim GST-2代工工艺在“Quickchip”晶体管阵列上制造。图3显示了用HP8970B/HP8971C噪声系数计测量的电路增益和噪声系数。放大器显示了一个相当平坦的频率响应噪声系数从700MHz到2GHz。在1.7 GHz和2.3 GHz之间，可获得2.3 db的最佳50欧姆噪声系数。请注意，有源器件在1.9GHz时的最小噪声系数为1.5dB。

在3V的标称偏置下，小信号增益大于15dB，最高可达2GHz。相应的增益/直流功率优值为2.9dB/mW。与其他l波段LNAs相比，该设计具有低功耗和具有竞争力的噪声系数，如图4所示。

噪声系数对偏置电压的变化也相当不敏感。电源电压从2.7到5V变化，噪声系数保持在2.2到2.5dB之间。

所设计的放大器的- 1dB测量输入压缩点为- 24dBm，其输出压缩点为- 9dBm。在- 21dBm输入功率下测量三阶互调截点。这对于DECT手持终端来说已经足够了。

图5显示了包含LNA的1.9 × 1.8mm(2)大芯片的右下部分的照片。在图6中，可以看到芯片安装在基板上，并与打印的输入和输出匹配电感结合在一起。

结论

设计并测试了一种1.9GHz硅双极低功率LNA。它的噪声系数为2.3dB，增益为15dB。功耗仅为5.2mW，因此高增益/直流功率值为2.9dB/mW。该设计是在一个晶体管阵列上完成的，与完全定制设计相比，几乎没有性能下降。

参考电路

(1)陈志强，“无线通信中的超低功耗低噪声放大器”，《IEEE GaAs集成电路研讨会》，第49 - 51页

(2)中津川明，山口明，村口明，“一种l波段超低功耗单片低噪声放大器”，电子工程学报，1993,pp. 1745 - 1750

(3)刘志强，“基于低电压的单片低噪声放大器”，1997年无线通信技术会议，第1 - 4页

(4)王志强，陈立德，陈志强，“基于GaAs的低噪声无线放大器的研究”，电子工程学报。《华尔街日报》，第43卷，第3期。12，页3055 - 3061,1995年12月

(5)陈志强，“毫瓦和亚毫瓦直流功耗下的l波段单片放大器”，2002年国际微波与毫米波单片电路研讨会，第9 - 13页

(6)刘志强，刘志强，石田，“L-Band内匹配Si-MMIC低噪声放大器”，电子工程学报，1996 - 12微波计算机协会。文摘，第1225 - 1228页

(7)李忠辉，李振华，“一种基于CMOS的低噪声放大器”，电子工程学报，vol. 32, no. 7。5，第745 - 759页，1997年5月

致谢

作者希望感谢MAXIM提供他们的GST-2快速芯片技术。