用於 802.11a 無線區域網路之矽鍺異值接面雙極電晶體低雜訊放大器
(SiGe HBT Low Noise Amplifier for 802.11a Wireless LAN Applications)
研究生 華偉君 指導教授 劉致為博士
台大電子所高等矽元件與製程實驗室 http://nanosioe.ee.ntu.edu.tw/
低雜訊放大器 (Low Noise Amplifier, LNA) 在日益蓬勃發展的射頻無線通訊應用上, 可以說是不可或缺的一環，因為低雜訊大器位處射頻收發器電路的最前端, 用於放大所接收 之微弱射頻訊號。在一個由數個放大器串接的系統中，其雜訊指數(Noise Figure) 幾乎由第 一級的放大器所決定，因此如何有效降低低雜訊大器之雜訊指數以提升射頻收發器電路之接 收效能亦是射頻收發器設計的重要課題。現今之高效能低雜訊放大器多以砷化鎵(GaAs) 為基 材製造, 其缺點為成本較高且難與矽製程整合。雖然 CMOS 製程亦具有與其他射頻電路區塊 整合的優勢，但欲達到與 SiGe HBT 相同之電路效能，仍需要較昂貴先進的製程(0.35μm SiGe BiCMOS v.s. 0.18μm CMOS)。本電路選擇以 CIC 所提供與矽製程相容的 TSMC SiGe 0.35μm BiCMOS 製程以期能以相對較低廉的價格以及可接受的效能來取代以三五族化合物半導體所製 造之低雜訊放大器。
此低雜訊放大器工作頻段為 5.15~5.35GHz，工作電壓為 2V。架構為兩極串接( cascade 2-stage)且含有射極電感回授( emitter inductive degeneration)，輸入、輸出以及兩極間 阻抗匹配均是在晶片上( fully on-chip matching)實現。第一級是以最低的雜訊作最佳化， 而第二級是以較小的射極電感得到較大的增益但其貢獻較大的雜訊串接後幾乎可忽略。晶片 照片如圖一所示，面積為 0.73mmx0.73mm。於國家奈米元件實驗室作 on-wafer 量測結果摘要 如表格二所示。此頻段之最低雜訊指數可達 1.89dB，而增益也均大於 19dB。 量測結果 電源供應電壓 2V 頻段 5.15~5.35GHz 消耗功率 30mW 雜訊指數 < 2.26dB 增益 >19dB IIP3 > -14dBm 圖(一) 晶片佈局圖 表一 量測結果摘要列表
