Черкашин М В, Бабак Л І ^ Томський державний університет систем управління та радіоелектроніки (ТУСУР) ^ НПФ «Микран» пр Леніна, 40, м Томськ, 634050, Росія Тел: +7 (3822) 414 – 717 e-mail: mik_cher@mailru, leonidbabak@ramblerru

Анотація – З використанням нової «візуальної» методики виконано проектування монолітного малошумні підсилювача діапазону частот 1,5-2,5 ГГц на основі 0,2 мкм GaAs рНЕМТ технології ED02AH фірми OMMIC Підсилювач не вимагає застосування зовнішніх узгоджувальних елементів і забезпечує наступні параметри: коефіцієнт посилення G = 17,6 ± 0,35 дБ коефіцієнт шуму F < 1,1 дБ; вхідний і вихідний коефіцієнти відображення I Sii I < -10 ДБ, I S221 < -11,5 ДБ.

I                                       Введення

Зазвичай СВЧ підсилювальні каскади мають наступну структуру: вхідні согласующая ланцюг (СЦ)

– активний блок – вихідна СЦ Активний блок являє собою активний елемент (наприклад, транзистор) з підключеними коригуючими ланцюгами (КЦ), до останніх віднесемо також ланцюги зворотного звязку (ОС) і стабілізуючі ланцюга

Однак в монолітних МШУ використання вхідний СЦ призводить до зростанню коефіцієнта шуму у звязку з втратами в пасивних елементах СЦ Тому в підсилювачах, пропонованих рядом фірм, для узгодження по входу використовують зовнішні (off-chip) високодобротні согласующие елементи (наприклад, согласующие індуктивності) Однак для застосування в пристроях, побудованих за принципом SOC (System on а Chip), все ланцюга підсилювача повинні бути розміщені на одному кристалі

У доповіді розглянуто проектування за допомогою програм автоматизованого синтезу СВЧ монолітного IVIIliy для застосування в системах стільникового та мобільного звязку Підсилювач забезпечує необхідний комплекс характеристик, вкпючая узгодження на вході і низький коефіцієнт шуму, без використання зовнішніх СЦ

II                              Основна частина

до підсилювача предявлялися наступні вимоги: коефіцієнт посилення 0 = 17дБ + 0,5 дБ коефіцієнт шуму F < 1 дБ; модулі вхідного і вихідного коефіцієнтів відбиття | ЗЦ | <0,3 (

Рис 1 Принципова схема (а) і топологія (Ь) монолітного МШУ Fig 1 Configuration (а) and topology of low-noise MMIC amplifier

0,46 дБ), | S221 <0,3 (-10,46 дБ); підсилювач повинен бути безумовно стійким у всьому діапазоні частот. Підсилювач виконується на основі монолітної 0,2 мкм GaAs pHEIVIT технології ED02AH фірми OlVIIVIIC (Франція).

В якості активного блоку обрана каскодних схема включення транзисторів (рис 1а) для одержання більш високого коефіцієнта посилення і зниження коефіцієнта шуму Для вирівнювання АЧХ, підвищення стійкості і досягнення необхідного узгодження по входу і виходу в схемі підсилювача використовується ланцюг паралельної ОС (Zp) Крім цього, в першу транзисторі використовується послідовна ОС (індуктивність Ls в ланцюзі витоку) для підвищення стійкості та покращення узгодження по входу

При проектуванні IVIIliy використовувався новий «візуальний» підхід, що базується на Декомпозіціонний методі синтезу активних НВЧ пристроїв [1] Підхід реалізований в програмах AIVIP-CF, REGION і LOCUS [2,3], які разом утворюють ефективний інструмент автоматизованого проектування НВЧ підсилювачів Програми AMP-CF і REGION призначені для отримання на фіксованих частотах ОДЗ імітанса або коефіцієнта відображення КЦ і СЦ, що входять до складу СВЧ підсилювачів, за вимогами до підсилювача Програма LOCUS дозволяє здійснити синтез двополюсних КЦ і реактивних СЦ помірної складності (від 2 до 6 елементів) по зазначеним ОДЗ

Перший етап проектування полягає у визначенні елементів активного блоку За допомогою програми AMP-CF на обраних частотах робочого діапазону були побудовані діаграми, що представляють собою лінії рівних значень коефіцієнта підсилення G, коефіцієнта шуму F і коефіцієнта стійкості до активного блоку [3] З використанням цих діаграм обрані ширини затворів транзисторів Τι і ТГИ значення індуктивності в ланцюзі витоку Ls

Рис 2 Вид ОДЗ і годографів для ланцюга паралельної ОС і СЦ: а – ОДЗ та області стійкості на площині Ζρ Ь – ОДЗ на площині коефіцієнта відбиття Гs вхідний СЦ с – ОДЗ на площині коефіцієнта

відображення Гl вихідний СЦ

Fig 2 Acceptable regions (ARs) and loci for feedback and matching networks (MNs): a) ARs and locus of feedback network in Zp plane b) ARs and locus of input MN in Гs plane c) ARs and locus of output MN in Гl plane

Ланцюг паралельної ОС була синтезована на основі ОДЗ на площині імпедансу Zp, отриманих за допомогою програми AMP-CF (рис 2а) Щоб забезпечити безумовну стійкість підсилювача, на даній площині були також побудовані області стійкості до> 1 для частотних точок за межами смуги пропускання (на рис 2а показані стрілками) За знайденими ОДЗ за допомогою програми LOCUS була отримана RC-ланцюг ОС, що забезпечує предявляються до активного блоку вимоги

Наступний етап проектування полягає в синтезі СЦ ОДЗ на площині коефіцієнта відбиття вхідний (Гз) або вихідний (Γι) СЦ, що відповідають заданим обмеженням на характеристики підсилювача, можна отримати за допомогою програми REGION Змінюючи величини елементів послідовної і паралельної ОС (Ls, Ср і Rp) активного блоку, можна впливати на розмір і розташування цих ОДЗ на площинах Гз і Tl, а значить і на структуру самих СЦ Значення вказаних елементів були вибрані таким чином, щоб ОДЗ на площині Гз охоплювали точку Гз = О (рис 2Ь) У цьому випадку вимоги, предявлені до підсилювача, можуть бути виконані без використання вхідний СЦ, тим самим іскпючается зростання коефіцієнта шуму за рахунок втрат в пасивних елементах ланцюга

Вихідна СЦ була синтезована за допомогою програми LOCUS по ОДЗ, побудованим на площині Fl при Гз = О (рис 2с)

Останній етап проектування полягав у розробці топології підсилювача і остаточної параметричної оптимізації за допомогою системи LIBRA

61 при використанні бібліотеки моделей монолітних елементів ED02AH Підсилювач розміром 1,5 x2, 0 мм (рис 1Ь) відповідно з результатами моделювання має в смузі частот 1,5-2,5 ГГц наступні параметри: коефіцієнт посилення G = 17,6 +

0, 35 дБ коефіцієнт шуму Р <1,1 дБ; вхідний і вихідний коефіцієнти відображення | Sn | < -10,0 дБ,

I S221 ^ -11,5 дБ Вихідна потужність при зниженні коефіцієнта посилення на 1 дБ не менше 12 дБм

III                                  Висновок

Інтерактивна «візуальна» методика, реалізована в програмах AMP-CF, REGION і LOCUS, дозволяє спростити і прискорити процес проектування, поліпшити характеристики транзисторних НВЧ підсилювачів Розроблений за допомогою даних програм малошумящий монолітний підсилювач може знайти застосування в системах стільникового та мобільного звязку

Робота виконана в рамках НДР за держконтрактом 02438117046 Федерального агентства з науки та інновацій РФ

IV                            Список літератури

[1] LI ВаЬак Decomposition synthesis approach to design of RF and microwave active circuits, in IEEE MTT-S Int Microwave Symp Dig, Vol 2, 2001, pp 1167-1170

[2] Бабак Л І Черкашин М S, Зайцев Д А Програма «візуального» проектування коригувальних та узгоджувальних ланцюгів СВЧ пристроїв / / 15-я Міжн Кримська конф «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології »(КриМіКо2005): матеріали конф, 2005, Т 2, с 423-424

[3] Бабак Л І, Черкашин М В, Поляков А Ю та ін Програми «візуального» проектування транзисторних НВЧ підсилювачів / / 15-я Міжн Кримська конф «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології» (Крим-Ко2005): матеріали конф, 2005, Т 2, с 425-426

«VISUAL» DESIGN OF 15-25 GHZ MMIC LOW-NOISE AMPLIFIER

Cherkashin M V\ Babak L 1^

^ Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics (TUSCR)

^Micran Co

40, Lenin av, Tomsk, 634050, Russia Ph: +7(3822)414717 e-mail: mik_cher@mailru, Jeonidbabak@ramblerRu

Abstract – The design of 15-25 GHz MMIC amplifier is presented using a new interactive «visual» technique

In this paper, we demonstrate the design of MMIC low-noise amplifier (LNA) using a new interactive «visual» technique

The design technique allows the exact synthesis of compensation/feedback networks directly from simultaneous set of performance specifications, including the gain, gain flatness, noise figure, input/output matching, and stability The procedure is implemented in our «visual» CAD tools, AMP-CF, REGION [3] and LOCUS [2], providing the fast and convenient amplifier design

With these tools, we have designed a 15-25 GHz MMIC LNA for wireless systems based on the 02 ЦТ pHEMT GaAs technology (OMMIC, France) LNA application does not need off-chip elements Simulation shows gain 176±035dB, noise figure 11 dB, and input and output return losses -100 dB and -115 dB, respectively

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р