采用MAX2648 5GHz LNA设计，实现高频稳定性

RF输入和输出匹配网络是决定5GHz LNA性能的关键因素。本应用笔记给出了一种使用微带电容元件作为输出匹配的一部分的简单方法，以确保MAX2648在所有频率下稳定工作。单个应用需要略有不同的匹配网络，但一般原则可以应用于大多数情况。小电容短截线可确保稳定性。

MAX2648 LNA在17GHz至1GHz频段内具有8dB增益和5.6dB噪声系数。与所有优秀的微波器件一样，MAX2648 LNA在高工作频率（高达20GHz）下具有出色的高增益。众所周知，如果没有适当的微波设计技术，这类放大器可能会在大于10GHz的频率下振荡。本应用笔记介绍了如何利用MAX2648 LNA进行微波匹配，以实现最佳性能和稳定工作。

设计注意事项

以下是我们在设计这种高性能微波LNA时要考虑的因素：

印刷电路板材料选择

组件选择

电源旁路

输入输出匹配

印刷电路板材料选择

在5GHz时，LNA前后的传输线损耗非常大。LNA输入端的线损尤其重要，因为损耗直接添加到LNA的噪声系数中。建议将低损耗介电材料用于PCB材料。例如，MAX2648评估板采用10mil厚的罗杰斯4350“FR4芯层压板”材料。层压板为微带提供稳定的损耗正切，而下面的 FR4 板提供低成本的刚性背衬。

电容器选择

为了获得最佳噪声系数，输入和输出匹配电路必须使用高Q值电容器。使用低Q值元件会降低噪声系数。MAX2648评估板实验表明，当高Q值电容（如ATC或Vitramon）被普通有损电容（如果冻豆NPO型）取代时，噪声系数下降可高达0.2dB。这些高Q值瓷电容器对于大批量产品设计来说可能过于昂贵，因此村田制作所的GJ615系列在成本和性能之间取得了很好的折衷。

电源旁路

电源旁路在微波频率下至关重要，以确保稳定的高频运行。重要的是选择一个电容器，使电容器的阻抗在试图去耦的频率下最低。例如，1000pF电容不是高频去耦的好选择，因为1000pF电容的最低阻抗可能低于几百MHz。在5GHz时，自谐振频率会使其看起来更像一个丢失的电感器！因此，对于高频去耦，应将通常小于10pF的电容放置在IC附近。此外，对于低频去耦，1000pF和0.01uF电容组合是一个不错的选择，但它们不必立即位于IC引脚上。

输入和输出匹配

由于MAX2648 LNA为高增益微波器件，因此需要输入和输出端进行适当匹配，以实现稳定的高频工作。普通的SMT电容器和电感器通常具有低于6GHz的自谐振频率。使用MAX2648设计时，应注意避免使用自谐振频率低于6GHz的元件。

为了确保MAX2648的高频稳定性，我们决定在输出端集成一个小的容性短截线，作为匹配电路的一部分。在LNA的输出端放置电感端接（特别是与耦合电容串联时）可能会导致高频振荡，应仔细注意布局来避免。由于长传输线代表串联电感，因此建议使用电容短截线作为补偿器件额外电感的解决方案。电容短截线在高频下提供良好的接地电容，其中集总元件将显示电感的特性。为了说明这一点，将一个显示高频振荡的电路仿真与另一个显示没有振荡的电路仿真进行比较。请注意，仿真中使用的组件模型在超出其预期用途的频率下可能会出现故障。在这种情况下，准确的高频分析很困难，但电路仿真确实显示了趋势，并且可以成为预测一般电路行为的有用工具。

图1是ADS仿真图，显示了周围不稳定的电路 13.5GHz. 本例中的输出匹配使用所有集总分量，如下图所示。

图1.使用集总匹配组件进行 ADS 仿真。

图2.输入和输出匹配布局（50Ω线为0.4mm）。

 

C1	2pF
C2	0.5pF
C3	0.5pF
C4	2pF
C5	1.5pF
C6	1000pF
C7	0.01uF
L1	6.8nH

 

图3

显示了使用电容短截线的结果，该短截线通过在输出走线中放置更宽的微带部分来实现。电容可以用公式近似计算。 

图3.带输出电容短截线的 ADS 仿真。

图4.布局显示 2mm x 4mm 短截线（50Ω 线为 0.4mm。单个微带切片长度如上所述。

 

C1	2pF
C2	0.75pF
C3	0.5pF
C4	2pF
C5	1.5pF
C6	1000pF
C7	0.01uF
L1	6.8nH

 

尺寸约为2mm x 3.5mm的微带，介电常数为4.1，基板厚度为0.2mm，电容约为1.27pF，忽略了边纹效应。为了便于调谐，增加了一个接地并联电容器。输入和输出并联电容器的位置应根据需要进行调整，以获得最佳噪声系数和增益。

结论

输入和输出匹配网络是决定LNA性能的关键因素。本应用笔记给出了一种使用微带电容元件作为输出匹配的一部分的简单方法，以确保MAX2648在所有频率下稳定工作。单个应用需要略有不同的匹配网络，但一般原则可以应用于大多数情况。

审核编辑：郭婷