引言

lna在今天的通信系统中多用在接收机前端的第一级。它的主要功能是在不添加额外噪声的情况下尽量放大输入小信号，从而在低功率点上保证所需的信噪比。另外，对于大信号，lna应该尽量做到在不失真的情况下放大输入信号，因而消除信道串扰。合适的lna设计在当今的通信系统设计中占有重要地位。鉴于眼下数字通信信号的复杂性，在lna的设计过程中，需要处理和解决更多的设计问题。

一份较好的lna设计需要同时考虑到诸多因素：高增益，低噪声系数，良好的输入输出匹配，稳定性，线性要求。这些因素同样重要，而且相互之间并不完全独立。低的噪声系数和最佳的输入匹配在没有巧妙地反馈回路下几乎不可能同时获得。绝对稳定在很多情况下需要牺牲一部分增益作为补偿。高的ip3需要高电流，而最小噪声系数通常要求较低的电流。通过一些办法可以在低电流情况下获得较好的ip3。

avagoe-phemt管atf54143的 性能

avago公司的atf54143 e-phemt见图1、图2，具有高增益，高线性度和低噪声的特性，这使得atf54143适用于频率范围在450mhz~6ghz无线系统的各种lna电路中。

与典型的d-phemt不同，atf45143并不需要在门级上加负电压偏置， 而是在门级加正电压偏置。因此，atf54143的偏置电路更像是双极型晶体管的偏置电路。但是与一般的双极型晶体管不同，它的偏置电压不是0.7v，而是工作在大约0.6v。

稳定性设计

稳定性设计是lna的设计中非常重要的一个环节，绝对稳定是设计者所追求的目标。绝对稳定意味着对于任何源端和负载端的阻抗，电路都不会出现不稳定的情况。而不稳定主要由3个原因产生：晶体管内部的反馈回路，由外部电路产生的在晶体管外部的反馈支路，以及通带外的多余的增益。2个常用的稳定性因子可以用来表示lna的稳定性： 和k，其中 应该首先被计算出来，它是计算k的基础：

对于上面的2个因子，必须同时满足 <1，k>1，电路才能称为绝对稳定，否则将存在潜在的不稳定性。一个更实用的检测因子是 ，判断准则是：

需要说明的是还存在 2，但是在 1>1时， 2也必然大于1，因此设计者只需要考虑稳定性判定因子1。

对于非绝对稳定的电路，可以在其输出、输入端添加电阻或是在放大管的源极对地之间添加一段很短的传输线来增加稳定性。然而，这些附加的元件会牺牲lna电路的其他性能。

匹配网络设计

匹配网络的设计着眼于如何在噪声系数尽量小的条件下把晶体管的输入端匹配到50 输入阻抗。通常情况，最大增益和最小噪声系数不能同时达到，这就需要在两者间采取折衷的方案。一般datasheet上会给出放大管的 opt ，相应在smith圆上的点对应于最小噪声系数。通常的做法是在 opt和等增益圆之间任取一个方便计算处理的点，位置记作 s，进而可以得到晶体管输入端的zs，利用ads软件提供的smith圆图工具就可以方便的进行输入匹配网络的计算。有了输入匹配网络的参数，输出匹配网络的设计就可以方便地进行，又通过下面的公式：

与计算输入匹配网络相似，同样可以利用smith圆来计算输出匹配网络参数。

线性性能的改进

为了改善电路的线性性能，需要提高电路的ip3，如果提高电路的输出电流，就会影响电路的其他性能。所以需要采用别的办法来稳定电路的线性性能。

ip3点是通过在电路的输入端输入两个等幅并且有小的频率偏移信号而形成的。当电路接近非线性区域时，两个载波将会产生失真产物，如图3所示。

低频产物f2-f1将会对lna的基极-发射极和集电极-发射极电压产生调制。为了改善线性，门极和漏极电压的波动需要通过添加旁路电容来消除。一般来说，在特定的频率间隔，旁路电路的阻抗应该小于放大管输入阻抗的25%，对于atf54143来说，我们大致选取hfe为100，这样对于5mhz的频率间隔，有如下关系：

这样通过上面的办法就可以在不增加电流消耗的同时改善了ip3，从而改善了电路的线性性能。

完整电路的设计

设计的目标是一个高性能的工作在1.9ghz频点的lna射频电路。该电路设计的首要问题是需要选取合适的直流工作点。这里选取atf54143的典型直流工作点参数：v_{dd}=3v，l_{ds}=60ma 。从数据手册上则可以得到相应直流工作点的s-参数。结合上述设计原则