如何使用SiGe技術(shù)提高射頻集成電路的性能

　　在蜂窩手機和其他數(shù)字的、便攜式、無線通信設(shè)備中，有三個參數(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可容許的動態(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，上面三個參數(shù)的重要性越來越大。 SiGe （硅鍺）技術(shù)是最近的一項技術(shù)革新，能同時改善接收機的功耗、靈敏度和動態(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)實現(xiàn)的混頻器和低噪聲放大器（LNA）可能達到的性能（1.9GHz）。

　　在下行鏈路中對噪聲系數(shù)的主要影響來自于LNA第一級晶體管輸入級產(chǎn)生的噪聲。噪聲系數(shù)（NF）是一個體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能的參數(shù)，用來將實際網(wǎng)絡(luò)中的噪聲與通過理想的無噪聲網(wǎng)絡(luò)后信號中的噪聲進行比較。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）。一個具體的雙極型晶體管高頻等效模型 （Giacoleto模型，參見圖2）會幫助我們理解這個噪聲是如何產(chǎn)生的。這個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。

　　在一個溫度大于零（0°K）的導(dǎo)體內(nèi)，電荷載體的隨機運動產(chǎn)生了隨機的噪聲電壓和電流。隨著導(dǎo)體溫度的升高這些電荷載體隨機運動的速度會加快，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)流動的DC電流通常被認(rèn)為在每一時刻都是恒定的，但是任何電流都是由一個個的電子和空穴的運動所形成的。只有這些電荷載體所產(chǎn)生的電流的時間平均值才可以看做是恒定的電流。電荷載體數(shù)量的任何波動都會在那個時刻產(chǎn)生隨機的電流，這就是散粒噪聲。