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2.3～2.7 GHz双模式低噪声射频接收前端全集成芯片的设计

2021年电子技术应用第7期

饶忠君1，张志浩1，2，章国豪1，2

1.广东工业大学信息工程学院，广东广州510006；2.河源广工大协同创新研究院，广东河源517000

摘要： 基于GaAs pHEMT工艺设计了一款2.3～2.7 GHz双模式低噪声射频接收前端全集成芯片。该接收前端芯片包含一个单刀双掷(SPDT)收发开关及一个带旁路功能的低噪声放大器。一方面，采用带源级电感负反馈的共源共栅结构实现了放大器模式，将SPDT开关作为放大器输入匹配网络的一部分，一体化优化设计获得最少元件及较高Q值的输入匹配网络，进而实现低噪声、高增益和良好的输入回波损耗匹配；另一方面，采用多组开关联合实现了旁路功能用于衰减高输入功率的射频信号。测试结果表明，在2.3～2.7 GHz的宽频带范围内，实现的接收前端芯片在LNA模式下的噪声系数可达到1.53～1.64 dB的较低水平，且增益在18.1～19.2 dB之间，在2.5 GHz时输入1 dB压缩点为-1.5 dBm；在旁路模式下，插入损耗在工作频段内维持在约6～7 dB的水平。

關鍵詞： GaAspHEMT 低噪声放大器低噪声双模式

中圖分類號： TN722.3
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211497
中文引用格式： 饒忠君，張志浩，章國豪. 2.3～2.7 GHz雙模式低噪聲射頻接收前端全集成芯片的設計[J].電子技術應用，2021，47(7)：17-20，47.
英文引用格式： Rao Zhongjun，Zhang Zhihao，Zhang Guohao. Design of a 2.3～2.7 GHz dual-mode low-noise RF receiver front end[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(7)：17-20，47.

Design of a 2.3～2.7 GHz dual-mode low-noise RF receiver front end

Rao Zhongjun1，Zhang Zhihao1，2，Zhang Guohao1，2

1.School of Information, Guangdong University of Technology，Guangzhou 510006，China； 2.Synergy Innovation Institute of GDUT，Heyuan，Heyuan 517000，China

Abstract： A fully-integrated dual-mode low-noise RF receiver front-end for the 2.3 GHz～2.7 GHz band was presented based on a GaAs pHEMT technology. The receiver front-end consists of a single-pole double-throw(SPDT) transmit-receive switch and a low-noise amplifier(LNA)with bypass mode. The cascode common-source structure with inductive degeneration topology is adopted to achieve the LNA.The SPDT switch is embedded into the input matching network as a concurrent design to realize high Q matching network with minimum components for low noise, high gain and superior input return loss matching. Concurrent design of multiple switches for Bypass function is utilized to attenuate the high input power transmissions. The measurement results show that the presented FEM exhibits low noise figure of 1.53～1.64 dB and gain of 18.1～19.2 dB for 2.3～2.7 GHz frequency range in the high-gain LNA mode. At 2.5 GHz, the tested input 1 dB compression point at 2.5 GHz is -1.5 dBm. The insertion loss in Bypass mode typically varies from 6 to 7 dB in the operation frequency bands.

Key words : GaAs pHEMT；low noise amplifier；low noise；dual mode

0 引言

近年來，通信技術以驚人的速度發(fā)展，新一代移動通信芯片將被要求支持更多的頻段和敦促顯著的頻率靈活性。低噪聲放大器" target="_blank">低噪聲放大器在蜂窩通信、WLAN、無線傳感網(wǎng)絡和WiMax等領域得到了廣泛運用^[1]。在2019年RDCAPE會議，BANSAL M和JYOTI提出了一款基于CMOS工藝的2.4 GHz藍牙通信的低噪聲放大器，它的噪聲系數(shù)為3.695 dB，最大增益為21.154 dB^[2]。同年的IEMCON會議，KHOSAVI H等人發(fā)表了一個應用于WLAN 2.4 GHz的低噪聲放大器，該低噪聲放大器的增益為15.1 dB，噪聲系數(shù)為2.7 dB^[3]。近年來，對于寬頻帶低噪放的研究也受到了廣泛的關注。例如2020年PATHAKR D等人設計了一個工作在2.2～2.55 GHz的無線傳感器網(wǎng)絡低噪聲放大器，在工作頻段內(nèi)的噪聲系數(shù)和增益分別為3.6 dB和24 dB^[4]。但是，這些研究在實現(xiàn)高增益寬頻帶情況下獲得的噪聲系數(shù)普遍比較大。為此，本文基于GaAs pHEMT工藝，設計并實現(xiàn)了一款寬頻帶、可滿足多種無線通信服務需求的帶旁路功能的射頻接收前端全集成芯片。在LNA模式下，該芯片在2.3～2.7 GHz的寬頻帶范圍內(nèi)可實現(xiàn)1.53～1.64 dB較低的噪聲系數(shù)和18.1～19.2 dB較高的增益性能。

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作者信息：

饒忠君1，張志浩1，2，章國豪1，2

(1.廣東工業(yè)大學信息工程學院，廣東廣州510006；2.河源廣工大協(xié)同創(chuàng)新研究院，廣東河源517000)

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