【论文摘要】本文采用NXP公司的TFF1044HN设计四联高频头。该芯片可以应用在10.70GHz到12.75GHzKu波段卫星接收系统中的通用四联和四驱高频头设计中，该芯片集成了高频头设计所需的各部分元件。本文详细介绍了TFF1044HN芯片的芯片功能，并对其前端接口的噪声系数和增益进行仿真。

　　【关键词】NXP公司；LNB；Ku波段；TFF1044HN

　　0 引言

　　NXP半导体公司在卫星高频头（LNB）市场开发两个款新产品，一款是完全集成的四个降频变频器的集成电路芯片（TFF1044HN）和一款利用锗硅技术的超低噪音在双极型晶体管（BFU910F）。这些产品可以解决当前的市场上的四联高频头产品的一些问题，例如可以减少设计时间，减小PCB设计尺寸，降低成本等。

　　1 四联高频头设计方案

　　1.1 方案介绍

　　四联LNB有两个在Ku波段圆波导中实现的正交模式输入口，这两个射频输入信号由两个级联放大器放大，然后信号经9.75 GHz-10.6 GHz的本地震荡器由Ku 波段混缩到L波段。四联高频头中除了TFF1044芯片的四个低噪声放大器（LNA），其他四个线性稳压器，四个二极管，一个25M晶振等都是电路必须的。二极管可以选用BAV99开关二极管或其他性能相近的二极管。

　　1.2 机械要求

　　独立的四联高频头通常采用两块PCB板或者PCB板尺寸更大。例如，基准高频头PCB板面积可以达到4500mm2，我们利用TFF1044HN芯片设计的四联高频头应该设计在一块PCB板上，而且PCB板面积应该尽可能的小。但是这个尺寸受限制于4个射频借口之间的最小距离。应用TFF1044HN芯片的PCB板子尺寸可以减小到2000mm2，PCB面积缩减近45%。

　　1.3 设计思想

　　两个级联低噪声放大器的整体转换增益是确定的。第一级低噪声放大器选择一款常用的具有优秀噪声系数的高电子迁移率晶体管（pHEMT）。第二级是NXP的双极性晶体管（BJT），与典型的pHEMT设备相比，这个晶体管大约有最小1.5dB的增益。TFF1044芯片可以为第一和第二级的提供偏振。第一级用于pHEMT的可调偏振电流。第二级是可选择pHEMT 和BJT的可调偏振电流。NXP 公司的BJT芯片，例如BFU910F有电源电流优势跟pHEMT相比，它可以提供大约3mA给每个LNA. 带通滤波器被应用以增加整个图像抑制。这个过滤器使46dB的PCB级平均图像抑制有了实现的可能。电源拓扑结构的选择是使用四个线性稳压器（6V），每个IF通道1个，并沟通简单的二极管与他们的输出结合。利用集成芯片设计高频头产品的PCB设计目标是在保证良好的射频性能和安全的中频接口时，能设计出最小的PCB面积。论文网

　　2 TFF1044HN芯片介绍

　　TFF1044HN芯片是一款集成的下变频器，它可以应用在10.70GHz到12.75GHzKu波段卫星接收系统中的通用四联和四驱高频头设计中。该芯片集成了高频头设计所需的混频器，本地振荡器，中频（IF）放大器，IF开关矩阵，电压、信号极性检测和一对两级低噪声放大器（LNA）的高电子迁移率晶体管（pHEMT）偏置控制。该芯片可以被用来设计一款具有两路RF输入和四路IF输出的产品，并且可以大大减小PCB尺寸（图1）。

　　设计完成一个四联高频头，除了芯片TFF1044，仅仅需要很少的外部元件，包括低噪声放大阶段，25MHz振荡器，电压调节器，2个二极管对，还有一些无源电路。相对于设计独立的四联高频头，这种设计方案的元件数明显减少。TFF1044HN芯片为了便于应用，通过使用其控制引脚为设计者提供了一些设计的灵活性，各引脚的设置方法介绍如下：

　　POL_SWAP / MODE_SEL：这个引脚作为偏振交换选择引脚，能使PCB路由最佳Ku波段射频路径。根据表1数据，垂直和水平的极化被分配到射频路径A和B上，四驱模式操作设置也在同一张表上。

　　GAIN_SET：这个引脚提供一个三级可调增益。TFF1044有一个可调的增益态是为了能够让设计者自由设置LNB的整体增益。通过GAIN_SET引脚的外部连接，它的转换增益可以设置为30dB，33dB或者36dB。

　　该引脚接GND是30dB低增益，浮空是33dB中增益，经由100100kΩ电阻下拉接地则是36dB高增益。

　　2AB_TYPSEL：这个引脚是为第二级放大器使能不同的偏执，其取决于所选方案，如双极性晶体管（BJT）或高电子迁移率晶体管（pHEMT）。TFF1044芯片把2级LNA使用不同类型的晶体管的灵活性交给设计者，引脚5接GND放大类型是pHEMT，接Float放大类型是BJT。

　　1AB_ISET / 2AB_ISET：这些引脚分别设置低噪声放大器（LNA）的第1、第2阶段的电流。低噪声放大器晶体管的参数，无论是高电子迁移率晶体管（pHEMT）还是双极性晶体管（BJT），都取决于pHEMT的漏极电路或BJT的集电极电流。所以用一个电流源代替一个电压源去驱动晶体管会更可靠。TFF1044HN 有能力为晶体管提供像低噪声放大器第1、第2级所需的两种极性的驱动电流源。TFF1044HN芯片允许设计者分别独立配置2级的电流。对于pHEMT的典型漏极电流是10mA，相应的必须要外接一个22kΩ的上拉电阻到该引脚。BFU910F的典型驱动电流时6-7mA，那么在2AB_ISET引脚相应的电阻式33 kΩ。

　　3 性能仿真测试

　　前端接口包括两级低噪声放大器，与输入匹配的圆波导，中间级的匹配电路和输出电路，输出电路包括输出匹配，带通滤波器（BPF）和50Ω的传输线。砷化镓场效应管NE3503M04和双极性晶体管BFU910分别被用在第一、第二级噪声放大器中。圆波导被用作输入接口，其与输入匹配电路的参数存储在原理图中的S4P模型中。

　　4 结论

　　本文采用NXP公司的TFF1044HN设计四联高频头。该芯片可以应用在10.70GHz到12.75GHzKu波段卫星接收系统中的通用四联和四驱高频头设计中。该芯片集成了高频头设计所需的各部分元件。本文详细介绍了TFF1044HN芯片的芯片功能及其在过程中的问题。希望对采用TFF1044HN芯片设计高频头的设计人员有所帮助。

　　【参考文献】

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　　[2]唐毅，童玲。高频头中微带滤波器和振荡器的设计与实现[J].中国测试技术， 2007（05）。

　　[3]郑秀峰。浅析PAUXIS-900高频头的工作原理[J].卫星电视与宽带多媒体， 2008（01）。