摘 要： 针对低噪声放大器实际电路往往和仿真结果出入较大、调试困难等特征，以TRL校准件和芯片量测板为平台量测出芯片的S参数，通过和厂商提供的S参数比拟，在此基础上通过射频仿真软件设计出的低噪声放大器，在实际测试中和仿真结果比较接近，大大提高了低噪声放大器设计的效率和性能。最后以GPS和北斗为例，给出了实测和仿真的S参数Smith圆图比对结果。
关键词： 低噪声放大器；TRL校准；S参数
低噪声放大器的主要作用是放大天线从空中接收到的微弱信号，减小噪声干扰，以供系统解调出所需的信息数据[1]。低噪声放大器是现代无线通信、雷达、电子对抗系统等应用中一个非常重要的部分，并且拥有广阔的发展前景，其性能的好坏直接影响了整个系统的性能。常用于接收系统的前端，在放大信号的同时抑制噪声干扰，提高系统灵敏度。
目前，国内关于低噪声放大器的设计主要是通过EDA软件借助于芯片厂商提供的设计套件（Design Kit）做软件仿真来设计的。这种设计方法往往不能很好地得到和仿真接近的结果，而且增加了调试难度，最终也很难达到仿真中的结果。针对这种仿真中的优秀结果很难通过实际电路表现出来的问题，本文使用安华高公司的ATF34143芯片来设计低噪声放大器，选取的工作电压为3 V和工作电流为20 mA，然后通过设计出的TRL校准件、芯片量测PCB板和矢量网络分析仪提取出芯片的S参数（特定电压、电流和电路结构，不含有噪声系数），再通过和厂商提供的S参数（含有噪声系数，不确定电路结构）进行拟合，然后在此基础上通过ADS（Advanced Design Systerm）仿真软件进行电路设计和仿真，以GPS和北斗两种不同频段的低噪声放大器为例，最终得到了和仿真向接近的S参数。本文中叙述以GPS为主，最后分别给出了GPS和北斗低噪放的实测和联合仿真比对的结果。
1 TRL校准件和芯片量测PCB板的制作
简单地说，TRL校准就是通过thru（直通）-reflection（反射）-line（线）三步校准来去掉接入网络误差的校准方法，本文设计的TRL校准件选择聚四氟乙烯介电常数Er=2.65，厚度h=0.8 mm的板材，中心频率为2 GHz，校准范围为444 MHz~3.5 GHz，芯片量测PCB板的制作是参考芯片的本身特性以及其封装结构来设计的，通过TRL校准件和量测PCB板，可以准确地量测到芯片管脚处的S参数[2-3]。
2 两种S参数的应用
一种S参数是从某芯片量测PCB板中提取的，其中包含了反馈网络和偏置电路，这样就可以确定这种结构和偏置电路下的S参数，但是这种通过矢量网络分析仪提取的S参数中不包含噪声系数。另一种S参数是芯片厂商提供的纯粹的S参数，这种S参数中不包含任何额外的电路，并且这种S参数中含有噪声系数。这两种S参数各有优点，需要做的就是把这它们的各自的优点结合起来，使其更方便对电路进行设计。图1为两种S参数仿真的原理图。
图1中，B为实测出的S参数，A为厂商提供的S参数，为了达到拟合的效果，A中根据PCB结构中的电路加入了适当的元器件，其中电阻和电容与PCB中的一样，电感是根据芯片管脚的长度定义的。当电感为1.1 nH时比拟的效果最好。为了更直观地看到拟合的效果，采用了Smith圆图来比较它们的S参数的Smith圆图，如图2所示。其中，有圆点的线为厂商提供的S参数调整以后的结果S（3，3），S（4，4），S（4，3），S（3，4），分别对应着图中曲线所示实测结果的S参数S（1，1），S（2，2），S（2，1），S（1，2），从图中可以看到两种S参数的拟合的效果比较理想。
3 低噪声放大器的原理图设计
3.1 稳定性分析
因为提取的S参数为特定电压、电流和电路结构下的S参数，因而在控件中这种仿真环境已经包含在里面，就不需要再专门设计偏置电路，接下来需要对其进行稳定性分析。确保其工作在稳定条件下，稳定性是低噪声放大器设计的重要特性之一。很明显，如果低噪声放大器电路性能不稳定，会成为一个振荡器。下面是稳定性要满足的3个条件：
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