低噪聲放大器是接收機(jī)的關(guān)鍵組成部分，在整個(gè)通信系統(tǒng)的射頻前端設(shè)計(jì)中占據(jù)重要地位。

本文主要重點(diǎn)講解低噪聲放大器的定義、主要特點(diǎn)、性能指標(biāo)、基本設(shè)計(jì)步驟和常見(jiàn)的低噪放電路配置。

我司是一家無(wú)線通信集成電路科技公司、在射頻和微波集成電路及多芯片組件的設(shè)計(jì)、制造處于行業(yè)領(lǐng)先地位。在中國(guó)多個(gè)區(qū)域建有標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品線、制造和銷售1000多個(gè)產(chǎn)品型號(hào)。包括業(yè)界最小尺寸的真對(duì)數(shù)放大器(5mmX5mm)、低噪聲放大器(LNA、NF=0.20dB)、壓控振蕩器(VCO)、開(kāi)關(guān)(SWITCH)、低插損濾波器(Low Loss filter)、電源控制(DC-control) ，高線性功率放大器(H-LPA)，上電時(shí)序控制電路(Power timing sequence control circuit)和子系統(tǒng)。同時(shí)承接先進(jìn)系統(tǒng)封裝(SiP系統(tǒng)級(jí)封裝)定制解決方案，為高端設(shè)備制造商提供核心競(jìng)爭(zhēng)力的高性能、高質(zhì)量產(chǎn)品。

一、低噪聲放大器定義

低噪聲放大器(簡(jiǎn)稱LNA)是射頻接收機(jī)前端的主要部分，要求具有最小的噪聲系數(shù)、較大的增益、足夠的動(dòng)態(tài)范圍、輸入端良好匹配和一定的頻帶選擇等性能。

低噪聲放大器通常在通信射頻前端的位置，例如在單次變頻超外差式接收機(jī)里

由于天線接收輸入信號(hào)通常很小,需要對(duì)其進(jìn)行放大，但為了盡可能地少的引入噪聲，故采用低噪聲放大器對(duì)天線接收的微弱信號(hào)進(jìn)行放大。

二、低噪聲放大器的主要特點(diǎn)

(1) LNA靠近接收機(jī)的最前端，要求它的噪聲系數(shù)越小越好。

(2) LNA所接受的信號(hào)是很微弱的，故它是一個(gè)信號(hào)線性放大器。

(3) 低噪聲放大器的輸入端必須與前接的天線濾波器或天線匹配。

(4) 低噪聲放大器應(yīng)具有一定的選頻能力，因此它一般是頻帶放大器。

三、低噪聲放大器的主要指標(biāo)

低噪聲放大器的主要指標(biāo)

(1) 噪聲系數(shù)(F)

取決于系統(tǒng)要求，可以從1dB以下到幾個(gè)dB，噪聲系數(shù)與放大器的工作頻率、靜態(tài)工作點(diǎn)及工藝有關(guān)，是低噪聲放大器最為關(guān)鍵的指標(biāo)。

(2)增益(S21)

較大的增益有助于減小低噪聲放大器后級(jí)電路噪聲對(duì)接收機(jī)的影響，但增 益過(guò)大將會(huì)引起線性度的惡化。因此，低噪聲放大器的增益應(yīng)適中，一般在25dB以下。

(3) 輸入輸出匹配(S11, S22)

輸入輸出匹配決定輸入輸出端的射頻濾波器的頻響

(4)反向隔離(S12)

反映輸出端與輸入端的隔離度，隔離度越大越好。

(5)線性度、線性范圍

衡量指標(biāo)：三階互調(diào)截點(diǎn)IIP3、增益1dB壓縮點(diǎn)，

線性范圍和器件有關(guān)，場(chǎng)效應(yīng)管由于是平方率特性，因此它的線性要比雙極型好。

線性范圍和電路結(jié)構(gòu)有關(guān)。

輸入端的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)也會(huì)影響LNA的線性范圍。

(6)隔離度和穩(wěn)定性

增大低噪聲放大器的反向隔離可以減少本振信號(hào)從混頻器向天線泄露程度，以增強(qiáng)放大器的穩(wěn)定性。通常采用中和電容法及晶體管共射共基(或共源共柵)結(jié)構(gòu)提高穩(wěn)定性。

四、低噪聲放大器基本設(shè)計(jì)步驟

(1)依據(jù)應(yīng)用要求(噪聲，頻率，帶寬，增益，功耗等)選擇合適的晶體管

(2)確定LNA電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

(3) 確定放大器的直流工作點(diǎn)和設(shè)計(jì)偏置電路

(4)確定最小噪聲輸入阻抗

(5)將最小噪聲輸入阻抗匹配到信號(hào)源阻抗(輸入匹配網(wǎng)絡(luò))

(6) 確定放大器輸出阻抗

(7) 匹配放大器輸出阻抗到負(fù)載阻抗(輸出匹配網(wǎng)絡(luò))

(8)仿真LNA性能和優(yōu)化

(9) 電路制作和性能調(diào)試

(10)性能的測(cè)量和標(biāo)定

五、常見(jiàn)的低噪聲放大器電路配置

(1)共發(fā)射極或共源極LNA(CE/CS)

(2)共基極或共柵極LNA(CB/CG)

(3)共集極或共漏極LNA(CC/CD)

(4)電流共用LNA

(5)負(fù)反饋LNA

低噪聲放大器是一種用于增強(qiáng)微小信號(hào)并盡可能減少噪聲的電路。其主要原理包括盡可能減小噪聲系數(shù)、選擇合適的放大倍數(shù)和頻帶等。

1.降低噪聲系數(shù)

噪聲系數(shù)是輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間的信噪比(SNR)變化的度量。為了減少系統(tǒng)中的噪聲，應(yīng)該盡量降低噪聲系數(shù)。方法包括使用低噪聲元件、匹配電路和盡量選用合適溫度下工作等。

2.選擇合適的放大倍數(shù)和頻帶

放大倍數(shù)過(guò)小時(shí)，微小信號(hào)難以被識(shí)別，而過(guò)大則可能會(huì)引入更多的噪聲。因此需要選擇合適的放大倍數(shù)。另外，低噪聲放大器的頻帶寬度也需要根據(jù)具體信號(hào)特征進(jìn)行調(diào)整。

低噪聲放大器設(shè)計(jì)步驟

低噪聲放大器設(shè)計(jì)需要經(jīng)歷多個(gè)步驟，包括確定應(yīng)用、選擇合適的電路結(jié)構(gòu)和元件、優(yōu)化參數(shù)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等。

1.確定應(yīng)用

首先需要明確所要應(yīng)用的具體場(chǎng)景和信號(hào)特征，比如信號(hào)頻率、電壓范圍等。同時(shí)還需要確定系統(tǒng)性能指標(biāo)，如增益、噪聲系數(shù)等。

2.選擇合適的電路結(jié)構(gòu)和元件

根據(jù)具體應(yīng)用需求，可以選擇不同的電路結(jié)構(gòu)和元件組成放大器電路。比較常見(jiàn)的包括共源極放大器、共基極放大器、共射極放大器、磁控管等。

3.優(yōu)化參數(shù)

在確定電路結(jié)構(gòu)和元件后，需要對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行綜合考慮并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。最終需要得到合適的工作點(diǎn)、電路增益和帶寬、輸入輸出阻抗等重要參數(shù)。

4.進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

完成設(shè)計(jì)后，需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證以評(píng)估系統(tǒng)性能和符合度。并根據(jù)實(shí)際效果對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和優(yōu)化。