如何使用SiGe技術(shù)提高射頻集成電路的性能

　　在蜂窩手機(jī)和其他數(shù)字的、便攜式、無線通信設(shè)備中，有三個(gè)參數(shù)越來越重要。低功率消耗和輕型電池給設(shè)備帶來自由移動(dòng)的權(quán)力，更高的前端接受靈敏度增加了接收距離，更高的前端線性度對(duì)可容許的動(dòng)態(tài)范圍具有直接的影響。隨著π/4DQPSK和 8QAM這類非恒定能量調(diào)制方案的使用，上面三個(gè)參數(shù)的重要性越來越大。 SiGe （硅鍺）技術(shù)是最近的一項(xiàng)技術(shù)革新，能同時(shí)改善接收機(jī)的功耗、靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍。GST-3是新的基于硅鍺技術(shù)的高速 IC處理工藝，其特點(diǎn)是具有35GHz的特征頻率（fT）。下面的典型前端框圖（圖1）中給出了用硅鍺技術(shù)實(shí)現(xiàn)的混頻器和低噪聲放大器（LNA）可能達(dá)到的性能（1.9GHz）。

　　在下行鏈路中對(duì)噪聲系數(shù)的主要影響來自于LNA第一級(jí)晶體管輸入級(jí)產(chǎn)生的噪聲。噪聲系數(shù)（NF）是一個(gè)體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能的參數(shù)，用來將實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的噪聲與通過理想的無噪聲網(wǎng)絡(luò)后信號(hào)中的噪聲進(jìn)行比較。具有功率增益G = POUT/PIN的放大器或其他網(wǎng)絡(luò)的噪聲因數(shù)（F）可以表示為：

　　我們只關(guān)心熱噪聲（也叫做約翰遜噪聲或白噪聲）和散粒噪聲（也叫做肖特基噪聲）。一個(gè)具體的雙極型晶體管高頻等效模型 （Giacoleto模型，參見圖2）會(huì)幫助我們理解這個(gè)噪聲是如何產(chǎn)生的。這個(gè)模型還告訴我們硅鍺技術(shù)是如何降低LNA前端噪聲系數(shù)的。

　　在一個(gè)溫度大于零（0°K）的導(dǎo)體內(nèi)，電荷載體的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了隨機(jī)的噪聲電壓和電流。隨著導(dǎo)體溫度的升高這些電荷載體隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的速度會(huì)加快，也就提高了噪聲電壓。晶體管基區(qū)寄生電阻（Rbb′）產(chǎn)生的熱噪聲為Vn（f） = 4kTRbb′，其中Vn（f）是電壓噪聲譜密度，單位是V2/Hz，k是玻爾茲曼常數(shù)（1.38×10-23 Joules/Kelvin），T是以開爾文為單位的絕對(duì)溫度（°C + 273°）。散粒噪聲是電荷載體的粒子特性的結(jié)果。半導(dǎo)體內(nèi)流動(dòng)的DC電流通常被認(rèn)為在每一時(shí)刻都是恒定的，但是任何電流都是由一個(gè)個(gè)的電子和空穴的運(yùn)動(dòng)所形成的。只有這些電荷載體所產(chǎn)生的電流的時(shí)間平均值才可以看做是恒定的電流。電荷載體數(shù)量的任何波動(dòng)都會(huì)在那個(gè)時(shí)刻產(chǎn)生隨機(jī)的電流，這就是散粒噪聲。