2 GHz 至 30 GHz GaAs pHEMT MMIC 低噪声放大器 HMC8402 深度解析

在射频和微波领域，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。今天要给大家详细介绍的是 Analog Devices 公司的 HMC8402，一款工作在 2 GHz 至 30 GHz 频率范围的 GaAs pHEMT MMIC 低噪声放大器。

文件下载：HMC8402.pdf

一、产品特性

1. 电气性能

• 增益：典型增益为 13.5 dB，在不同频率范围（2 - 18 GHz、18 - 26 GHz、26 - 30 GHz）内，最小增益也能达到 11 - 11.5 dB。
• 噪声系数：典型值为 2 dB，在不同频率和温度条件下，最大噪声系数在 4 - 5 dB 之间。
• 输出功率：1 dB 压缩点输出功率（P1dB）典型值为 21.5 dBm，饱和输出功率（PSAT）典型值为 22 dBm，输出三阶截点（IP3）典型值为 26 dBm。

  2. 电源要求

• 供电电压为 7 V，典型工作电流为 68 mA。

  3. 匹配特性

  输入输出均匹配到 50 Ω，方便集成到多芯片模块（MCMs）中。

  4. 尺寸规格

  芯片尺寸为 2.7 mm × 1.363 mm × 0.05 mm。

二、应用领域

• 测试仪器：在射频测试设备中，需要低噪声、高增益的放大器来准确测量信号。
• 微波无线电和甚小口径终端（VSATs）：用于接收和放大微弱的微波信号。
• 军事和航天：对设备的可靠性和性能要求极高，HMC8402 的高性能能够满足这些领域的需求。
• 电信基础设施：在基站、中继站等设备中，用于信号的放大和处理。
• 光纤通信：在光通信系统的射频前端，提供低噪声的信号放大。

三、规格参数详解

1. 不同频率范围的性能

频率范围	增益	增益温度变化	输入回波损耗	输出回波损耗	P1dB	PSAT	IP3	噪声系数	供电电流	供电电压
2 - 18 GHz	11.5 - 13.5 dB	0.005 dB/°C	/	12 dB	19 - 21 dBm	22 dBm	26 dBm	2.5 - 5 dB	45 - 85 mA	5 - 8 V
18 - 26 GHz	11.5 - 13.5 dB	0.006 dB/°C	/	14 dB	17 - 20 dBm	21 dBm	24 dBm	2.5 - 4 dB	45 - 85 mA	5 - 8 V
26 - 30 GHz	11 - 13 dB	0.009 dB/°C	/	10 dB	15 - 19 dBm	20.5 dBm	23 dBm	3.0 - 4.5 dB	45 - 85 mA	5 - 8 V

2. 绝对最大额定值

参数	额定值
漏极偏置电压（VDD）	10 V
栅极偏置电压（VGG2）	-2.6 V 至 +3.6 V
射频输入功率（RFIN）	20 dBm
通道温度	175°C
连续功率耗散（PDISS）	1.55 W（TA = 85°C，85°C 以上每升高 1°C 降额 17.2 mW）
热阻（θJC）	58°C/W
存储温度范围	-65°C 至 +150°C
工作温度范围	-55°C 至 +85°C
静电放电敏感度（HBM）	1A 类（250 V）

四、引脚配置与功能描述

引脚编号	助记符	描述
1	RFIN	射频输入，交流耦合并匹配到 50 Ω，有大阻值电阻接地用于静电放电保护。
2	VGG2	增益控制，直流耦合，通过改变该引脚电压可实现约 6 dB 的增益变化。
3	VDD	放大器电源电压，连接直流偏置以提供漏极电流（IDQ）。
4	RFOUT	射频输出，交流耦合并匹配到 50 Ω，有大阻值电阻接地用于静电放电保护。
芯片底部	GND	芯片底部必须连接到射频/直流地。

五、典型性能特性

1. 增益和回波损耗与频率的关系

从图 8 可以看出，增益在 2 - 30 GHz 频率范围内基本保持稳定，输入和输出回波损耗也在可接受的范围内。不同温度下的回波损耗变化如图 9 和图 12 所示，温度对回波损耗有一定影响。

2. 噪声系数与频率的关系

图 10 展示了不同温度下噪声系数随频率的变化情况，噪声系数在低频段较低，随着频率升高逐渐增大。

3. 输出功率和三阶截点与频率的关系

图 14 - 图 18 分别展示了 P1dB、PSAT 和 IP3 随频率和温度、电源电压的变化关系。这些参数对于评估放大器在不同工作条件下的线性度和输出能力非常重要。

六、工作原理

HMC8402 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 RFIN 传输线连接下 FET 的栅极，RFOUT 传输线连接上 FET 的漏极。通过在每个单元周围采用额外的电路设计技术，优化了整体带宽和噪声系数。用户可以通过 VGG2 引脚调整上 FET 的栅极偏置电压，从而实现约 6 dB 的增益变化。

七、应用信息

1. 偏置程序

• 上电顺序：先将 VDD 设置为 7 V，若使用增益控制功能，在 VGG2 引脚施加 -2 V 至 +2.6 V 的电压，最后施加射频输入信号。
• 下电顺序：先关闭射频输入信号，移除 VGG2 电压或设置为 0 V，最后将 VDD 设置为 0 V。

  2. 安装和键合技术

• 芯片安装：可以采用共晶或导电环氧树脂将芯片直接附着到接地平面。
• 射频信号路由：使用 50 Ω 微带传输线在 0.127 mm 厚的氧化铝薄膜基板上传输射频信号。
• 键合要求：射频端口推荐使用 0.003 in. × 0.0005 in. 的金带进行键合，直流键合推荐使用 1 mil 直径的金线。所有键合应尽可能短，小于 12 mil。

八、典型应用电路和装配图

图 39 展示了典型应用电路，图 40 为装配图。在实际应用中，可以参考这些图示进行电路设计和布局。

九、订购指南

型号	温度范围	封装描述	封装选项
HMC8402	-55°C 至 +85°C	4 焊盘裸片 [CHIP]	C - 4 - 3
HMC8402 - SX	-55°C 至 +85°C	4 焊盘裸片 [CHIP]	C - 4 - 3

其中，HMC8402 - SX 是两个器件的样品订单，HMC8402 和 HMC8402 - SX 均符合 RoHS 标准。

在实际设计中，大家是否遇到过类似低噪声放大器的应用问题呢？对于 HMC8402 的性能和应用，你有什么疑问或者独特的见解吗？欢迎在评论区交流讨论。