ATF-54143：低噪声增强模式假晶高电子迁移率晶体管（HEMT）在表面贴装塑料封装中的应用
主要特性
- 具备卓越的线性度表现
- 采用增强模式设计
- 具有低噪声系数
- 产品批次一致性高
- 栅极宽度为800微米
- 提供低成本、紧凑型SOT343（4引脚SC-70）塑料表面贴装封装
- 支持卷带包装
- 提供无铅封装选项
关键规格
- 工作频率：2 GHz；电源电压：3V；典型漏极电流：60 mA
- 三阶输出截距：36.2 dBm
- 在1 dB增益压缩条件下，输出功率可达20.4 dBm
- 噪声系数：0.5 dB
- 相关增益：16.6 dB
典型应用场景
- 蜂窝/PCS基站中的低噪声放大器
- 用于WLAN、WLL/RLL及MMDS系统的低噪声放大器（LNA）
- 通用的超低噪声E-PHEMT分立器件
产品概述
Avago Technologies推出的ATF-54143是一款集成增强模式PHEMT（假晶高电子迁移率晶体管）器件，适用于450 MHz至6 GHz频段。该器件以SOT-343（4引脚SC-70）封装形式呈现，具备高增益、高线性度和低噪声性能，广泛适用于蜂窝通信、MMDS及其他射频系统。
应用说明
ATF-54143是一款专为VHF至6 GHz商用应用设计的低成本、低噪声增强型PHEMT。与传统的耗尽型PHEMT不同，该器件无需负电源电压即可正常工作。增强型PHEMT的偏置方式类似于双极结型晶体管（BJT），仅需在栅极相对于源极提供约0.6V的电位差，即可实现60 mA的典型漏极电流。
阻抗匹配与LNA电路
ATF-54143的阻抗匹配设计与耗尽型PHEMT类似，主要差异在于栅极偏置方式。数据手册中列出了在不同偏置条件下的S参数和噪声参数。图1展示了适用于900 MHz和1900 MHz频段的典型LNA（低噪声放大器）电路。
图中，L1/C1与L4/C4构成的高通网络为噪声系数、增益及S参数提供了有效匹配。该结构在降低低频增益的同时，提升了带外抑制能力。电容C2和C5为匹配网络提供低阻抗射频旁路，而电阻R3和R4则用于确保低频稳定性。C3和C6为这些电阻提供低频旁路，同时抑制低频混频产物。
在CDMA信号环境中，0.1 μF的电容值可有效抑制1.25 MHz差频信号，从而改善双音IP3性能。
偏置网络设计
增强型PHEMT的一个显著优势在于其无需负电源即可实现稳定偏置。在Vgs=0 V时，增强型器件的漏极电流极小，仅在栅极电位超过阈值电压Vto后才会显著增加。当Vds=3 V且Vgs=0.6 V时，漏极电流约为60 mA。
被动偏置实现
ATF-54143的被动偏置通过由R1和R2组成的分压器实现。该分压器从漏极获取反馈电压，以维持稳定的漏极电流。R5（约10kΩ）用于栅极限流，尤其在高功率输出时作用显著。
R3的值取决于所需Vds、Ids以及电源电压VDD，具体计算方式如下：
其中：
- VDD：电源电压
- Vds：漏源电压
- Ids：所需漏极电流
- IBB：流经R1/R2的电流
R1与R2的计算公式如下：
示例被动偏置参数
- VDD = 5V
- Vds = 3V
- Ids = 60 mA
- Vgs = 0.59V
设IBB为2 mA，则计算得：
- R1 = 295Ω
- R2 = 1205Ω
- R3 = 32.3Ω
主动偏置方法
主动偏置方案可在温度变化及批次间器件性能差异的情况下保持偏置点稳定。该方式特别适用于增强型PHEMT，因其无需负电源。图2展示了一种典型的主动偏置LNA电路。
该电路通过R1和R2为PNP晶体管Q2提供基极电压，从而在发射极处形成0.7 V电压上升。R3为漏极电流提供稳定的电流源。
示例主动偏置参数
- VDD = 5V
- Vds = 3V
- Ids = 60 mA
- R4 = 10Ω
- VBE = 0.7 V
通过公式可计算出：
- R3 = 23.3Ω
- R1 = 1450Ω
- R2 = 1050Ω
- R7 = 1kΩ
- R6 = 10kΩ
ATF-54143 Curtice ADS模型
基于S参数与非线性模型的设计
ATF-54143的非线性模型包括芯片与封装结构的影响，但未考虑印刷电路板（PCB）对源引线接地时产生的额外电感效应。S参数和噪声参数则考虑了0.020英寸厚PCB过孔的效应。
图3展示在进行仿真与实测结果比较时，需要考虑PCB对模型精度的影响。
噪声参数应用
在2 GHz及以上频率，Fmin基于实测得出；在2 GHz以下频率，Fmin通过外推计算。该参数基于在16种阻抗条件下进行的噪声系数测试，计算出的真实最小噪声系数Fmin。
设计人员需构建一个匹配网络，使源阻抗转换为Go所对应的最优反射系数，以实现最小的噪声系数。若匹配网络的反射系数偏离Go，噪声系数将高于Fmin，计算公式如下：
其中，Rn/Zo为归一化噪声电阻，Go为最优反射系数，Gs为实际源反射系数。
在低频段，Go可能达到数千欧姆，因此匹配网络需要高Q值元件以减少损耗。例如，在900 MHz应用中，若使用Q值为100的空气绕线电感，仍可能导致0.25 dB的损耗，影响整体噪声性能。
如需了解电路损耗对噪声系数的进一步影响，可参考Avago Technologies的应用文档1085。