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。
中图分类号： TN722.3
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211497
中文引用格式： 饶忠君，张志浩，章国豪. 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[J].电子技术应用，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.
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211497
中文引用格式： 饶忠君，张志浩，章国豪. 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[J].电子技术应用，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
近年来，通信技术以惊人的速度发展，新一代移动通信芯片将被要求支持更多的频段和敦促显著的频率灵活性。低噪声放大器" target="_blank">低噪声放大器在蜂窝通信、WLAN、无线传感网络和WiMax等领域得到了广泛运用[1]。在2019年RDCAPE会议，BANSAL M和JYOTI提出了一款基于CMOS工艺的2.4 GHz蓝牙通信的低噪声放大器，它的噪声系数为3.695 dB，最大增益为21.154 dB[2]。同年的IEMCON会议，KHOSAVI H等人发表了一个应用于WLAN 2.4 GHz的低噪声放大器，该低噪声放大器的增益为15.1 dB，噪声系数为2.7 dB[3]。近年来，对于宽频带低噪放的研究也受到了广泛的关注。例如2020年PATHAKR D等人设计了一个工作在2.2～2.55 GHz的无线传感器网络低噪声放大器，在工作频段内的噪声系数和增益分别为3.6 dB和24 dB[4]。但是，这些研究在实现高增益宽频带情况下获得的噪声系数普遍比较大。为此，本文基于GaAs pHEMT工艺，设计并实现了一款宽频带、可满足多种无线通信服务需求的带旁路功能的射频接收前端全集成芯片。在LNA模式下，该芯片在2.3～2.7 GHz的宽频带范围内可实现1.53～1.64 dB较低的噪声系数和18.1～19.2 dB较高的增益性能。
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作者信息：
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)
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