探秘HMC7950：2GHz - 28GHz GaAs pHEMT MMIC低噪声放大器

在射频领域，低噪声放大器（LNA）是至关重要的组件，它能够在放大信号的同时尽可能减少噪声的引入，提高系统的灵敏度。今天，我们就来深入了解一款性能卓越的低噪声放大器——HMC7950。

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一、产品概述

HMC7950是一款采用砷化镓（GaAs）、赝配高电子迁移率晶体管（pHEMT）技术的单片微波集成电路（MMIC）。它工作在2GHz至28GHz的宽频带范围内，为众多应用提供了强大的支持。

1.1 产品特性

• 高输出功率：1dB压缩点输出功率（P1dB）典型值为16dBm，饱和输出功率（PSAT）典型值为19.5dBm。
• 高增益：典型增益为15dB。
• 低噪声：噪声系数典型值为2.0dB。
• 高线性度：输出三阶截点（IP3）典型值为26dBm。
• 电源要求：5V供电，电流为64mA。
• 匹配特性：输入/输出内部匹配至50Ω。

1.2 应用领域

HMC7950适用于多种领域，包括测试仪器、军事和航天等。

二、详细规格参数

2.1 不同频段的性能参数

2GHz - 5GHz频段

参数	符号	测试条件/注释	最小值	典型值	最大值	单位
频率范围			2		5	GHz
增益			13.5	15.5		dB
温度增益变化				0.004		dB/°C
输入回波损耗				12		dB
输出回波损耗				13		dB
1dB压缩点输出功率	P1dB		13	16.5		dBm
饱和输出功率	PSAT			20.5		dBm
输出三阶截点	IP3	测量在POUT /tone = 4dBm时		26.5		dBm
噪声系数	NF			3.0	4.5	dB

5GHz - 18GHz频段

参数	符号	测试条件/注释	最小值	典型值	最大值	单位
频率范围			5		18	GHz
增益			13.3	15		dB
温度增益变化				0.007		dB/°C
输入回波损耗				18		dB
输出回波损耗				14		dB
1dB压缩点输出功率	P1dB		13	16		dBm
饱和输出功率	PSAT			19.5		dBm
输出三阶截点	IP3	测量在POUT /tone = 4dBm时		26		dBm
噪声系数	NF			2.0	3.5	dB

18GHz - 28GHz频段

参数	符号	测试条件/注释	最小值	典型值	最大值	单位
频率范围			18		28	GHz
增益			13	16.5		dB
温度增益变化				0.012		dB/°C
输入回波损耗				19		dB
输出回波损耗				16		dB
1dB压缩点输出功率	P1dB		10	14.5		dBm
饱和输出功率	PSAT			17		dBm
输出三阶截点	IP3	测量在POUT /tone = 4dBm时		24		dBm
噪声系数	NF			2.8	5	dB

2.2 直流规格参数

参数	符号	测试条件/注释	最小值	典型值	最大值	单位
总电源电流	IDD			64	100	mA
电源电压	VDD		3	5	7	V
VGG2引脚电压	VGG2	正常条件下VGG2 = 开路	-2.0		2.6	V

2.3 绝对最大额定值

参数	额定值
电源电压（VDD）	8V
第二栅极偏置电压（VGG2）	-2.5V至 +3V
射频输入功率（RFIN）	20dBm
通道温度	175°C
连续功率耗散（PDISS），TA = 85°C（85°C以上每升高1°C降额17.2mW）	1.55W
最大峰值回流温度（MSL3）	260°C
存储温度范围	-65°C至 +150°C
工作温度范围	-40°C至 +85°C
ESD敏感度，人体模型（HBM）	250V（1A类）

三、引脚配置与功能描述

3.1 引脚配置

HMC7950采用16引脚陶瓷无引脚芯片载体（LCC）封装，各引脚功能如下：	引脚	助记符	描述
1, 2, 8, 9, 10, 11, 12, 16	NIC	无内部连接。测量数据时这些引脚外部连接到RF/dc地。
3	VDD	放大器电源电压，连接直流偏置提供漏极电流（IDD）。
4	VGG2	增益控制引脚，通过降低内部电压并变得更负来实现增益控制。
5, 7, 13, 15	GND	必须连接到RF/dc地。
6	RFIN	射频输入引脚，交流耦合，有大电阻接地用于ESD保护，匹配至50Ω。
14	RFOUT EPAD (GND)	射频输出引脚，交流耦合，有大电阻接地用于ESD保护，匹配至50Ω。暴露焊盘必须连接到RF/dc地。

3.2 接口原理图

文档中提供了GND、VDD、VGG2、RFIN和RFOUT等接口的原理图，这些原理图对于工程师进行电路设计和连接非常有帮助。

四、典型性能特性

文档中给出了大量的典型性能特性曲线，包括增益和回波损耗与频率的关系、不同温度下的输入回波损耗、噪声系数、增益等。这些曲线直观地展示了HMC7950在不同条件下的性能表现，工程师可以根据这些曲线来评估和优化电路设计。

五、工作原理

HMC7950采用单电源偏置的共源共栅分布式放大器架构，集成了用于漏极的射频扼流圈。其基本单元由两个场效应晶体管（FET）堆叠而成，通过传输线将RFIN信号馈送到下FET的栅极，将放大后的信号路由到RFOUT引脚。这种架构的主要优点是在比单个基本单元更宽的带宽内保持高性能。

VGG2引脚为用户提供了改变上FET栅极偏置的可选方式，通过施加-2.0V至 +2.6V的电压，可以改变增益，电压增加增益增大，电压减小增益减小。

六、应用信息

6.1 电容旁路

建议对VDD进行电容旁路，对于VGG2，如果使用增益控制功能，也建议进行电容旁路；如果不使用增益控制功能，VGG2可以开路或进行电容旁路。

6.2 偏置顺序

上电顺序

1. 将VDD设置为5.0V。
2. 如果使用增益控制功能，在-2.0V至 +2.6V范围内施加电压到VGG2，直到达到所需的增益设置。
3. 施加射频输入信号。

下电顺序

1. 关闭射频输入信号。
2. 移除VGG2电压或设置为0V。
3. 将VDD设置为0V。

七、评估板

HMC7950评估板是一个2层板，采用Rogers 4350材料，遵循高频RF设计的最佳实践。RF输入和输出走线具有50Ω的特性阻抗，可在-40°C至 +85°C的环境温度范围内工作。评估板的原理图和物料清单在文档中也有详细说明。

八、总结

HMC7950作为一款高性能的宽频带低噪声放大器，在2GHz至28GHz的频率范围内表现出色。其高增益、低噪声、高线性度等特性使其在测试仪器、军事和航天等领域具有广泛的应用前景。工程师在使用时，需要根据具体的应用需求，参考文档中的规格参数、引脚配置、工作原理和应用信息等，合理设计电路，以充分发挥HMC7950的性能优势。大家在实际应用中遇到过哪些关于低噪声放大器的问题呢？欢迎在评论区交流分享。