GaN_LNA设计
汇报人：陈锦锋
毕业论文答辩
团结 勤奋 求是 创新
1.指标和结构
根据指标Gain>16dB，单级电路无法实现；因此采用两级共
源级级联结构作为整体电路的架构。
尺寸选择：对晶体管进行参数扫描，确定晶体管尺寸和偏置
电压具体值。(最终确定晶体管尺寸：4x25um，栅极偏置电压
VGS=-1V，漏级偏置电压VDS= 5V)
一般单级增益在8-12dB左右，
单级放大器无法实现该增益，因
此需要两级CS结构。
NF主要由第一级决定
Freq(GHz)
VDD(V)
IDD(mA)
NF(dB)
IIP3(dBm)
S11(dB)
5
25
<3
S22(dB)
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24-27
Gain(dB)
线性度要求
>16
≥-7
<-10
<-10
2.源极反馈电感确定
源极反馈电感能够起到降噪、提高放大器
稳定性以及降低失真程度的作用。在对该值进
行选择时，一般来说通过稳定性进行判别。保
证频带内的稳定性(K>1,B>0)的情况下，同时
考虑增益圆和噪声圆的“靠近”情况。
射频隔离
R4
直流隔离
源级反馈电感
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3.噪声圆、增益圆仿真
噪声圆、增益圆均是S参数仿
真；一般选择中心频点进行噪声匹
配的阻抗选择。根据指标要求，考
虑噪声和增益的折衷关系，确定输
入匹配的“阻抗”点。
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3.噪声与增益折衷匹配设计
LNA设计，重点关注噪声指标，根据噪声级联公式可知，输
入级的噪声对于整体电路噪声影响很大。因而在LNA设计当中，
设计是由左往右设计的。
噪声与增益折衷匹配设计，其实是对电路的输入匹配进行设
计。常用的工具GaCircle、NsCircle(如右图所示)。
进行初步的噪声匹配，如下图所示匹配前和匹配后噪声圆与
增益圆的变化；同时添加S11值变化来判断dBS(1,1)是否满足要求。
噪声匹配前
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噪声匹配后
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4.偏置电路及输入匹配网络
对晶体管进行恰当的电压偏
置(VGS=-1V)，电容C1、C2作为
滤波电容。 在某些面积允许的电
路中采用1/4波长传输线作为RF
Choke。但由于毫米波频段，传输
线长度参与阻抗匹配，因此偏置
回路的传输线也要考虑进去匹配
电路当中。
等效
Smith圆图匹配
源级反馈电感
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PS:工艺库器件替换
搭建完初步的匹配电路之后，需要进一步将理想的元器件替换成工艺库的器件。采
用逐个器件替换的方式，保证性能(噪声系数NF、增益)不发生太大的变化。
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5.级间匹配网络设计&输出网络设计
对第二级晶体管进行S参数扫描，将输入输出
阻抗进行记录；
输入阻抗：24.031-j*20.025
输出阻抗：53.414-j*37.499
射频隔离
R4
直流隔离
源级反馈电感
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5.级间匹配网络设计&输出网络设计
对第二级晶体管进行S参数扫描，将输入输出阻抗进行记录；
输入阻抗：24.031-j*20.025
输出阻抗：53.414-j*37.499
级间匹配网络&输出匹配网络均采用共轭匹配的方式，以实现增益的最优匹配。
第一级(output)
级间匹配网络
53.414+j*37.499
第二级(output)
24.031-j*20.025
输出匹配网络
53.414+j*37.499
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第二级(input)
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6.整体原理图结构
滤波电容&稳定性补偿
输入匹配网络
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输出匹配网络
级间匹配网络
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5.整体原理图仿真参数
搭建完整体电路原理图，调用出各项参
数仿真。稳定性、S参数(S11&S22&S21)、
噪声系数NF
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