王 強，黃詩婷，楊宗帥

(1.成都信息工程學院 通信工程學院，成都 610225;2.西南民族大學 藝術學院，成都 610000)

3 結束語

低噪聲放大器是通信系統(tǒng)中無線接收機系統(tǒng)的關鍵組成部分，例如，GMS、WCDMA、藍牙、無線局域網和北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)等［1－2］。SiGe HBT具有高的截止頻率、低噪聲性能、低成本和兼容硅工藝等特點，使其在模擬射頻集成電路設計中越來越具有吸引力［3－6］。

低噪聲放大器對整個系統(tǒng)的線性度起著重要作用，它的非線性越小越好。低噪聲放大器的線性度受偏置電路的直流阻抗影響較大［7－9］。所以，正確地選擇偏置電路是低噪聲放大器獲得高線性度的關鍵。本文對一種工作在S波段，能極好地提高低噪聲放大器線性度的偏置電路給出了數(shù)學證明。這種偏置結構的優(yōu)勢在于提高線性度的同時，幾乎不影響其他的性能指標［9］。

1 偏置電路簡介

核心偏置電路由晶體管Q1、晶體管Q3、電阻R1、電阻 R2、電阻 R3組成，Q2是放大晶體管，如圖1所示。Iref是由Bandgap(帶隙基準)提供的直流偏置電流;Ib2、Ic2、Ie2分別是晶體管Q2的基極、集電極和發(fā)射極電流;Vb1是晶體管N1基極和發(fā)射極間電壓;Ib1是流過電阻R1的電流;Ibe1是流過電阻R2的電流;Vref是電阻R1和R2連接處的電壓;Ibe和Vbe分別是晶體管Q2的基極電流和基極與發(fā)射極間電壓;Δibe表示當輸入變化時，晶體管N2基極電流的變化。晶體管Q2的集電極電流按一定比例鏡像晶體管N1的集電極電流，晶體管Q3提高了晶體管N2鏡像晶體管 N1集電極電流的精度［10］。電阻R1和電阻R2的大小按比例存在，這個比例與晶體管Q1和晶體管Q2的尺寸比例一致。反饋電阻R3對提高低噪聲放大器的線性度起了重要作用。

2 數(shù)學證明

核心偏置電路及其等效電路如圖2所示。

為了分析方便，假設所有晶體管具有相同的正向電流增益β和飽和電流IS。偏置電路晶體管Q1和低噪聲放大器晶體管Q2的比率為N1∶N2，R3流過的電流為0。由圖2可以得到如下表達式:

圖1 核心偏置電路

圖2 核心偏置電路及其等效電路

由式(1)～式(4)可知:

式(5)可以寫成:

由式(7)～式(9)可以推導出:

同理:

線性度的增加是通過電流鏡像晶體管和低噪聲放大器晶體管之間的反饋電路實現(xiàn)的，因為，它降低了偏置的輸入阻抗。假設圖2中，電阻R1=12R2，R3=2R2，由電阻的三角形和星形網絡轉換可知，R=2R2/15。線性度得到改善的同時，S21，S11和噪聲系數(shù)等其他參數(shù)保持不變［8－9］。通過適當?shù)倪x擇電阻R1、R2、R3的大小，已達到設計需求的線性度要求。

3 結束語

低噪聲放大器對整個接收機系統(tǒng)的線性度起著重要作用，它的非線性越小越好。低噪聲放大器的線性度受偏置電路的直流阻抗影響較大。所以，正確地選擇偏置電路是低噪聲放大器獲得高線性度的關鍵。本文對一種工作在S波段，能極好地提高低噪聲放大器線性度的偏置電路給出了數(shù)學證明。從理論上證明了該偏置電路結構確實能提高S波段SiGe HBT低噪聲放大器的線性度。

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