摘 要： 針對低噪聲放大器實際電路往往和仿真結果出入較大、調試困難等特征，以TRL校準件和芯片量測板為平臺量測出芯片的S參數，通過和廠商提供的S參數比擬，在此基礎上通過射頻仿真軟件設計出的低噪聲放大器，在實際測試中和仿真結果比較接近，大大提高了低噪聲放大器設計的效率和性能。最后以GPS和北斗為例，給出了實測和仿真的S參數Smith圓圖比對結果。
關鍵詞： 低噪聲放大器；TRL校準；S參數
低噪聲放大器的主要作用是放大天線從空中接收到的微弱信號，減小噪聲干擾，以供系統解調出所需的信息數據[1]。低噪聲放大器是現代無線通信、雷達、電子對抗系統等應用中一個非常重要的部分，并且擁有廣闊的發展前景，其性能的好壞直接影響了整個系統的性能。常用于接收系統的前端，在放大信號的同時抑制噪聲干擾，提高系統靈敏度。
目前，國內關于低噪聲放大器的設計主要是通過EDA軟件借助于芯片廠商提供的設計套件（Design Kit）做軟件仿真來設計的。這種設計方法往往不能很好地得到和仿真接近的結果，而且增加了調試難度，最終也很難達到仿真中的結果。針對這種仿真中的優秀結果很難通過實際電路表現出來的問題，本文使用安華高公司的ATF34143芯片來設計低噪聲放大器，選取的工作電壓為3 V和工作電流為20 mA，然后通過設計出的TRL校準件、芯片量測PCB板和矢量網絡分析儀提取出芯片的S參數（特定電壓、電流和電路結構，不含有噪聲系數），再通過和廠商提供的S參數（含有噪聲系數，不確定電路結構）進行擬合，然后在此基礎上通過ADS（Advanced Design Systerm）仿真軟件進行電路設計和仿真，以GPS和北斗兩種不同頻段的低噪聲放大器為例，最終得到了和仿真向接近的S參數。本文中敘述以GPS為主，最后分別給出了GPS和北斗低噪放的實測和聯合仿真比對的結果。
1 TRL校準件和芯片量測PCB板的制作
簡單地說，TRL校準就是通過thru（直通）-reflection（反射）-line（線）三步校準來去掉接入網絡誤差的校準方法，本文設計的TRL校準件選擇聚四氟乙烯介電常數Er=2.65，厚度h=0.8 mm的板材，中心頻率為2 GHz，校準范圍為444 MHz~3.5 GHz，芯片量測PCB板的制作是參考芯片的本身特性以及其封裝結構來設計的，通過TRL校準件和量測PCB板，可以準確地量測到芯片管腳處的S參數[2-3]。
2 兩種S參數的應用
一種S參數是從某芯片量測PCB板中提取的，其中包含了反饋網絡和偏置電路，這樣就可以確定這種結構和偏置電路下的S參數，但是這種通過矢量網絡分析儀提取的S參數中不包含噪聲系數。另一種S參數是芯片廠商提供的純粹的S參數，這種S參數中不包含任何額外的電路，并且這種S參數中含有噪聲系數。這兩種S參數各有優點，需要做的就是把這它們的各自的優點結合起來，使其更方便對電路進行設計。圖1為兩種S參數仿真的原理圖。
圖1中，B為實測出的S參數，A為廠商提供的S參數，為了達到擬合的效果，A中根據PCB結構中的電路加入了適當的元器件，其中電阻和電容與PCB中的一樣，電感是根據芯片管腳的長度定義的。當電感為1.1 nH時比擬的效果最好。為了更直觀地看到擬合的效果，采用了Smith圓圖來比較它們的S參數的Smith圓圖，如圖2所示。其中，有圓點的線為廠商提供的S參數調整以后的結果S（3，3），S（4，4），S（4，3），S（3，4），分別對應著圖中曲線所示實測結果的S參數S（1，1），S（2，2），S（2，1），S（1，2），從圖中可以看到兩種S參數的擬合的效果比較理想。
3 低噪聲放大器的原理圖設計
3.1 穩定性分析
因為提取的S參數為特定電壓、電流和電路結構下的S參數，因而在控件中這種仿真環境已經包含在里面，就不需要再專門設計偏置電路，接下來需要對其進行穩定性分析。確保其工作在穩定條件下，穩定性是低噪聲放大器設計的重要特性之一。很明顯，如果低噪聲放大器電路性能不穩定，會成為一個振蕩器。下面是穩定性要滿足的3個條件：
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