Konstruksjon av 20GHz lågstøyforsterker med gain-kontroll i GaAs MMIC-teknologi

Abstract

Arbeidet i denne masteroppgåva er ein fullføring av arbeidet som vart påbegynt i prosjektoppgåva. Der skulle det konstrueres ein 20 GHz lågstøyforsterker med gain-kontroll i GaAs MMIC-teknologi. På grunn av tidsmangel vart det i prosjektoppgåva konstruert ein lågstøyforsterker uten gain-kontroll. I denne masteroppgåva har det blitt lagd utlegg til lågstøyforsterkeren konstruert i prosjektoppgåva. Denne vart sendt til TriQuint Semiconductor for produksjon, men på grunn av feil i dimensjoneringa av probepadene i utlegget var det ikkje mulig å få målt på kretsen. Det vart derfor gjort målinger på passive MMICkomponenter på chip for å prøve å anslå ytelsen til den produserte lågstøyforsterkeren og for generelt å teste gyldigheten av simuleringsresultat ved høge frekvenser. Dempeleddet som opprinnelig var ein del av prosjektoppgåva, men som det ikkje vart tid til å lage, har blitt konstruert. Det andre forsterkertrinnet i lågstøyforsterkeren har blitt konstruert på nytt med anrikningstype transistor i staden for deplesjonstype transistor. Ulike andre endringer i kretsen har også blitt gjort for å forbedre forsterkinga til lågstøyforsterkeren. Agilents Advanced Design System (ADS) har blitt benytta for å konstruere og simulere kretsene, samt for å lage utlegg. Det nye designet av det andre forsterkertrinnet ga den totale forsterkeren eit gain på 24,85 dB, noko som er ei forbedring på omlag 5,5 dB i forhold til den opprinnelige forsterkeren. Støytalet økte med 0,76 dB til 4,18 dB. Det nye forsterkertrinnet medførte at forsterkeren tålte mindre signal på inngangen. Den nye forsterkeren hadde sitt 1dB-kompresjonspunkt ved -22 dBm inngangseekt, mens den opprinnelige forsterkeren hadde sitt ved -4 dBm. Maksimalt strømtrekk for den nye forsterkeren var 75 mA. Den nye forsterkeren var ubetinga stabil ved alle frekvenser. Dempeleddet viste seg å forbedre ffekthåndteringsegenskapene til lågstøyforsterkeren. Det vart konstruert med ei forsyningsspenning på 3V og hadde eit maksimalt strømtrekk på omlag 10 mA. Innsatt i den opprinnelige forsterkeren vart dempeverdier mellom 2 og 10 dB oppnådd. Ved innsetting i den nye forsterkeren kunne ein variere dempeverdiene frå 3 til 10 dB. Eit nettverk vart konstruert slik at dempeleddet kunne kontrolleres med kun ei kontrollspenning. Under arbeidet er det vist nokre viktige moment for forsterkerkontruksjon ved 20 GHz. Transistortype må velges ut frå bruksområde, og små transistordimensjoner gir bedre signal-gain. Større DC-innføringsspoler gir generelt bedre ytelse. Transmisjonslinjer kan ved denne frekvensen brukes i staden for sentrerte komponenter og vil gi bedre støy- og gain-ytelse. Ved bruk av dempeledd vil støy-ytelsen til forsterkertrinnet som kjem etter dempeleddet vere viktig.