低噪声放大器匹配技术
基于LTCC匹配的宽带低噪声放大器研究
入 输 出匹 配 。 电路 原 理 简 单 , 有频 带 宽 、 性 度 好 、 作 稳 定 的特 点 , 频 带 内能 获 得 较 低 的 VS 此 具 线 工 且 WR
和 良好 的增 益 平 坦 性 。
21 电路 设 计 .
a .本 设 计 采 用 两 级 放 大 方 式 ,第 一 级 放 大 管 选 用 Agl t 司 的A F 5 4 ,它 噪 声 低 ,增 益 高 。第 i n公 e T 5 13 二 级 用 Gai ,它 的增 益 和 平 坦 度 能 保 证 整 体 指 标 要 l 2 求 ,且 较 稳 定 。 b .两 级 放 大 的偏 置 网络 均 采 用 单 极 供 电 。 电路
果如 图3 图4 示 。 和 所
经 测 试 结 果 可 看 出 , 该 放 大 器 在 较 宽 频 带 内 增 益 平 坦 度 好 , 噪 声低 , 驻 波 比系 数 好 。但 基 于 传 统 P B板 工 艺 设 计 ,体 积较 大 。 C
图4 输入输 出驻波比
3 基 于 L CC 技 术 的 低 噪 放 设 计 T
图2 基 于P B板 的低 噪放版 图 C
等 ,并 考 虑 器 件 各 参 数 的 离 散 性 ,进 行 容 差 分 析 设 计 。
22 电路 版 图 .
由于 要 同 时 兼顾 增 益 ,平 坦 度 ,噪 声 和 驻 波 比等 指 标 ,计 算 过 程 很 复杂 ,所 以借 助 ADS 放 大 器 的前 后 级 匹 配 电路 和 整 对 体 性 能参 数 进 行 调试 优 化 , 得 到 电路 版 图如 图2 示 。 所
23 测 试 结 果 .
矗 q 0 ) e(
图 3 增 益 及 噪 声 系 数
低噪声放大器的设计原则与方法
低噪声放大器的设计原则与方法
康冠光电放大器的指标有高性能的泵浦激光器,高增益掺饵光纤以及独特的控制保护电路。
实现了低噪声、高稳定性输出。
设计的方法有两种:
(1)先按普通放大器设计,即只考虑增益,带宽,输入阻抗等指标。
然后在设计过程中校核噪声是否符合指标,若不符合,则修改某些参数重新计算,直到符合噪声指标,同时也满足其他指标为止。
这种方法只适用于对噪声要求不高的场合。
(2)与上一种方法相反,首先考虑的是噪声特性并满足其要求,然
后再考虑增益,带宽,和阻抗,满足了噪声指标不一定能满足增益,带宽和阻抗的要求,这时可以采用不同的组态,或加快反馈,或增减放大器的级数进行调节,使之符合要求。
为了获得足够的增益,一般采用多级放大器,但级数多了会使得通频带变窄,这可以用负反馈,或组合电路来加宽通频带,负反馈还可以稳定电路增益,改变输出,输出阻抗以及减少失真,但要注意,引入反馈后,会引入新的噪声源,可能是放大器的噪声性能变坏。
可以按一定的原则引入负反馈,使新引入的噪声减到最小。
以致可以忽略不计。
经过上诉改造后。
再回头检验一下噪声,这样,经过几次反复就能得到满意的结果。
这种方法比较常用。
低噪声高速低功耗运放设计与实现
低噪声高速低功耗运放设计与实现运放(Operational Amplifier,简称 OP-AMP)是一种用于信号放大和处理的电子器件,广泛应用于模拟电路中。
低噪声、高速和低功耗是现代运放设计的重要目标。
首先,为了实现低噪声设计,我们可以采取以下几种方法:1. 降低输入等效噪声电压密度(Input Equivalent Noise Voltage Density,简称 INVD):选择低噪声的晶体管或放大器结构,使用低噪声电阻,并采取阻抗匹配的措施。
2.减小前级放大器的噪声系数:通过增大前级放大器的带宽,降低其噪声系数。
可以通过增大传输电导,降低内部抵消电导,增加前级放大器的输出电导来实现。
3.减小反馈电阻的噪声:通常使用反馈放大电路来降低放大器的噪声,但是反馈网络中的电阻也会引入噪声。
采用尽量大的反馈电阻来减小噪声,但不能过大,否则会增加放大器的失真。
其次,为了实现高速设计,可以采取以下措施:1.选择高带宽的晶体管:晶体管的带宽是实现高速设计的基础。
选择带宽高、速度快的晶体管,可以提高运算放大器的工作速度。
2.优化放大器电路结构:合理设计运放的电路结构,降低电路中的不必要电容和电感,减小传输延迟,提高工作速度。
3.优化电源电路:提供高速低噪声的稳压电源,减小电源波动对运放的影响,提高稳定性和工作速度。
最后,为了实现低功耗设计,可以考虑以下几个方面:1.选择低功耗的晶体管:现代CMOS工艺的晶体管具有功耗较小的特点,在设计过程中,可以选择合适的晶体管类型,并对其进行合理的偏置设计。
2.优化功率耗散的电路结构:通过合理设计电路结构,减小功率耗散,例如采用单位电流源偏置电路来降低静态功耗。
3.降低供电电压:供电电压的降低可以降低功耗,但同时也会影响放大器的增益和带宽。
需要在功耗和性能之间进行权衡。
综上所述,低噪声、高速和低功耗是运放设计的重要目标。
在具体的设计过程中,需要根据实际应用的需求和限制进行权衡,采取合适的方法和措施来实现这些目标。
低噪声放大器的设计与实现
低噪声放大器的设计与实现低噪声放大器是一种特殊的放大器,它主要用于在频率范围内放大微小信号,且尽可能地减小噪声干扰。
在现代电子通信、无线网络、雷达等领域都有广泛的应用。
本文将介绍低噪声放大器的设计与实现,同时探讨一些常见的优化方法。
一、低噪声放大器的设计基本原理低噪声放大器的实现需要满足多个条件,如宽带、低噪声、高增益、稳定性等,这些条件相互制约,需要在设计时进行平衡考虑。
首先,低噪声放大器需要使用低噪声信号源作为输入,这样才能尽可能减少噪声产生的影响。
其次,为了达到高增益的要求,可以使用多级放大器来实现。
不过,每一级放大器都会引入一些噪声,因此需要对每一级放大器进行优化,以达到低噪声的目标。
低噪声放大器的设计还要满足传输线和匹配网络的要求。
传输线的设计需要尽可能减少传输线的损耗和噪声,同时匹配网络的设计则需要将输出端的负载和输入端的驱动电路匹配,以保证信号传输的最大功率。
二、低噪声放大器的实现方法低噪声放大器的实现方法有很多种,这里我们介绍一种常用的方法:差分放大器。
差分放大器是一种基于差分放大器电路结构而形成的放大器,它有两个输入,每个输入通过独立放大的电路,输出相减。
差分放大器可以通过噪声消除的方式减少输入信号中的噪声干扰,同时也可以增加信号的线性范围和热稳定性。
差分放大器的实现需要使用两个宽带放大器,一个用于正向增益,一个用于反转增益。
为了保证放大器的相位稳定性和增益平衡,需要使用一些调节网络和补偿电路。
其中,调节网络可以在信号到达输入端时调整放大器的增益,从而保证放大器的线性度。
而补偿电路则可以减少放大器中信号反馈的影响,提高放大器的稳定性。
三、低噪声放大器的优化方法在低噪声放大器的设计中,需要综合考虑多种因素,如噪声、增益、速度、频率响应等。
针对这些因素,有几种常用的优化方法可以帮助提高低噪声放大器的性能。
1. 选择适当的放大器器件放大器的选型是影响低噪声放大器性能的重要因素。
选择合适的放大器器件可以大大提高低噪声放大器的增益和灵敏度。
低噪声放大器_LNA_的网络匹配设计方法研究
的阻抗有关, 因而与负载无关。一个晶体管, 当
它的源端所接信号源的阻抗等于它所求的最佳源
阻抗时, 由该晶体管构成的放大器的噪声系数最
小。又因为第一级噪声系数具有决定性作用, 所 以第一级放大器必须实现最佳噪声源阻抗设计。
2.2 增益
放大器的增益首先与管子的跨导有关, 跨导 直接由工作点的电流决定; 其次, 放大器的增益 还与负载有关。低噪声放大器是频带放大器, 它 的 选 频 功 能 由 负 载 决 定 。 LNA的 负 载 一 般 有 两 种 形式, 一是采用调谐的LC回路作负载, 并将下级 混频器的输入电容并入回路电容, 构成频带放 大, 既可选频也可提高增益; 二是LNA后面接集 中选频滤波器, 则LNA可以做成宽带的, 选频功 能由滤波器完成。这些滤波器为了便于使用, 其 输 入 、 输 出 电 阻 都 为50 !或 一 些 标 准 的 特 定 数 值。LNA输出端必须与滤波器相配, 以保证滤波 器的众多特性, 如插入损耗、带内波动以及带外 衰减等。但是由于负载阻抗太小, 增益不易太 高, 此时LNA可以采用两级放大。我们从接收机 特点知道低噪声放大器的增益最好是可控制的。 在通信电路中, 控制增益的方法一般是改变放大 器的工作点、改变放大器的负反馈量、改变放大 器谐振回路的Q值等, 这些改变都可通过载波电 平检测电路产生自动增益控制电压来实现。
[5] 高洪民,费元春.GPS接受机射频前端电路原理与设计
参考文献
[J].电子技术应用 ,2005,(2):55- 58. [6] 韩 洁,王 向 东.测 量 低 噪 声 放 大 器 的 噪 声 系 数[J].国 外
[1] 陈邦媛. 射频通信电路 [M]. 北京: 科学出版社,2003:
电子测量技术,2005,(2):31- 33.
低噪声放大器
低噪声放大器1. 引言低噪声放大器(Low-Noise Amplifier,LNA)是一种广泛应用于无线通信系统中的重要电路器件。
它的主要功能是将来自天线的微弱信号放大到一个足够强度,以便后续电路可以有效地处理。
在无线通信系统中,LNAs通常作为接收链路的第一级放大器,承担着放大微弱信号、增加系统灵敏度、提高信噪比的关键任务。
本文将介绍低噪声放大器的工作原理、性能指标以及常见的设计技术,希望能帮助读者更好地理解和应用低噪声放大器。
2. 工作原理低噪声放大器的工作原理与一般放大器相似,都是通过引入外部直流电源,利用放大元件(例如晶体管)的放大特性,将输入信号放大到所需的幅度。
与一般放大器不同的是,低噪声放大器在设计上注重将输入端的噪声最小化。
这是因为在无线通信系统中,接收链路中的噪声是非常重要的考量因素。
LNAs需要尽可能地放大微弱信号,同时不引入过多的噪声,以保持系统的信噪比。
为了实现低噪声的放大,低噪声放大器采用了一系列的设计技术和电路拓扑。
接下来,我们将介绍一些常见的设计技术。
3. 设计技术3.1 硅锗杂化放大器硅锗杂化放大器是一种常见的低噪声放大器设计技术。
它采用硅和锗两种材料的结合,兼具硅和锗的优点。
硅材料具有良好的集成性能和工艺制造能力,而锗材料具有较高的迁移率和较低的噪声系数。
因此,硅锗杂化放大器能够在保持良好集成性能的同时,实现较低的噪声指标。
3.2 噪声系数优化噪声系数是衡量低噪声放大器性能的重要指标之一。
为了优化噪声系数,设计者可以采用一系列的技术手段,例如:•尽量采用低噪声的放大元件,例如高迁移率的晶体管;•优化电源的供电电压和电流,以减小噪声;•使用电流源对放大电路进行偏置,以提高放大器的线性度。
3.3 反馈放大器设计反馈放大器是一种常用的放大器设计技术,也可以应用于低噪声放大器的设计中。
通过适当选择反馈回路的参数和拓扑结构,可以有效地减小放大器的噪声系数。
在反馈放大器中,一部分输出信号经过反馈回路与输入信号相叠加,形成反馈信号,从而减小噪声。
低噪声放大器的两种设计方法与低噪声放大器设计实例
低噪声放大器的两种设计方法与低噪声放大器设计实例低噪声放大器的两种设计方法低噪声放大器(LNA)是射频收发机的一个重要组成部分,它能有效提高接收机的接收灵敏度,进而提高收发机的传输距离。
因此低噪声放大器的设计是否良好,关系到整个通信系统的通信质量。
本文以晶体管ATF-54143为例,说明两种不同低噪声放大器的设计方法,其频率范围为2~2.2 GHz;晶体管工作电压为3 V;工作电流为40 mA;输入输出阻抗为50 Ω。
1、定性分析1.1、晶体管的建模通过网络可以查阅晶体管生产厂商的相关资料,可以下载厂商提供的该款晶体管模型,也可以根据实际需要下载该管的S2P文件。
本例采用直接将该管的S2P文件导入到软件中,利用S参数为模型设计电路。
如果是第一次导入,则可以利用模块S-Params进行S参数仿真,观察得到的S参数与S2P文件提供的数据是否相同,同时,测量晶体管的输入阻抗与对应的最小噪声系数,以及判断晶体管的稳定性等,为下一步骤做好准备。
1.2、晶体管的稳定性对电路完成S参数仿真后,可以得到输入/输出端的mu在频率2~2.2 GHz之间均小于1,根据射频相关理论,晶体管是不稳定的。
通过在输出端并联一个10 Ω和5 pF的电容,m2和m3的值均大于1,如图1,图2所示。
晶体管实现了在带宽内条件稳定,并且测得在2.1 GHz时的输入阻抗为16.827-j16.041。
同时发现,由于在输出端加入了电阻,使得Fmin由0.48增大到0.573,Γopt为0.329∠125.99°,Zopt=(30.007+j17.754)Ω。
其中,Γopt是最佳信源反射系数。
1.3、制定方案如图3所示,将可用增益圆族与噪声系数圆族画在同一个Γs平面上。
通过分析可知,如果可用增益圆通过最佳噪声系数所在点的位置,并根据该点来进行输入端电路匹配的话,此时对于LNA而言,噪声系数是最小的,但是其增益并没有达到最佳放大。
因此它是通过牺牲可用增益来换取的。
低噪声放大器实验
低噪声放大器实验(虚拟实验)一、实验目的(1)了解低噪声放大器的工作原理;(2)掌握双极性体管放大器的工程设计方法;(3)掌握低噪声放大器基本参数的测量方法;(4)熟悉Multisim软件的高级分析功能,分析高频电路的性能。
二、实验原理低噪声放大器是射频接收前端的关键器件,其主要作用是提供足够的增益将来自接收天线的微弱信号放大从而抑制后级电路的噪声影响。
相较于普通的放大器,LNA有较低的噪声系数、一定的功率增益、足够的线性范围、良好的噪声匹配特性。
一个双极性晶体管LNA的小信号模型如图1所示。
其主要参数有发射结的结电阻r b’e、发射结电容C b’e、集电结电容C b’c、基极电阻r bb’、g m U b’e、特征频率f T等。
图1为了改善噪声性能,LNA需设计匹配噪声匹配网络。
常见的匹配网络有并联共源结构、并‐串反馈式结构、共栅式结构、源极反馈式等。
三、实验内容(一)1MHz LNA1、电路结构1MHz LNA的电路图如图2所示。
根据电路原理图,选取相应的器件,构成试验电路。
在放大器的输入端加入输入信号U i后,在放大器的输出端便可得到一个与Ui相位相反幅值被放大了的输出信号U o,实现电压放大。
图2如图3所示,在器件工具条上选择左起第一个按钮,选择输入信号U i。
图3如图4所示,选择“AC Power”作为输入信号,置于晶体管U1的栅极与地之间。
图4双击AC_Power 图标,出现如图5所示的对话框。
改动对话框中的相关设置可以改变幅值频率偏置电压等。
Voltage(RMS)选择5mV,Frequency选择1MHz,设置完毕点击“OK”。
图52、直流分析在进行直流工作点分析时,电路中的交流源将被置零,电容开路,电感短路。
如图6所示,单击菜单Simulate→Analysis—DC Operating Point选项将弹出对话框。
该对话框有Output、Analysis Options、Summary 共三个选项,如图7所示。
低噪声放大器 核心参数
低噪声放大器核心参数低噪声放大器是一种关键的电子元件,常用于放大微弱的信号并最大限度地减少信号中的噪声。
它在电信、音频处理、医疗设备、科学仪器等领域都有广泛的应用。
本文将重点介绍低噪声放大器的核心参数,并探讨其在各个领域中的重要性。
一、输入噪声系数(Input Noise Figure)输入噪声系数是低噪声放大器最重要的性能指标之一,通常以分贝(dB)为单位。
它描述了在输入端引入的噪声和理想情况下引入的噪声之间的差异。
输入噪声系数越低,说明放大器在放大信号的尽可能少地引入噪声,因此可以提高整个系统的信噪比。
在设计低噪声放大器时,通常会将输入噪声系数作为优化的重点。
二、增益(Gain)低噪声放大器的另一个核心参数是增益,通常以分贝为单位。
增益描述了信号通过放大器后的增加倍数,可以用来衡量放大器的信号增强能力。
在实际应用中,通常需要在尽可能低的噪声水平下获得足够的增益,因此增益也是设计低噪声放大器时需要考虑的重要因素。
三、带宽(Bandwidth)带宽是低噪声放大器的另一个重要参数,它描述了放大器能够处理的频率范围。
通常情况下,带宽越宽,放大器就可以处理更广泛的信号频率,这对于多种应用场景都至关重要。
在设计低噪声放大器时,需要平衡考虑增益和带宽之间的关系。
四、输出误差(Output Error)低噪声放大器的输出误差描述了输出信号与输入信号之间的失真程度。
对于一些对信号精度要求较高的应用,如医疗设备、科学仪器等,输出误差是需要特别关注的参数。
设计低噪声放大器时,需要尽量减小输出误差,以确保输出信号的准确性和稳定性。
五、输入/输出阻抗(Input/Output Impedance)输入/输出阻抗是描述低噪声放大器输入端和输出端与外部环境之间的匹配程度。
当输入/输出阻抗匹配较好时,可以最大限度地传输信号,减小信号反射和失真。
在设计低噪声放大器时,需要充分考虑输入/输出阻抗的匹配性。
低噪声放大器的核心参数包括输入噪声系数、增益、带宽、输出误差、输入/输出阻抗等。
低噪声放大器的工作原理
低噪声放大器的工作原理
低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA)是一种用于放大
微弱信号并尽可能减少噪声的电子设备。
其工作原理主要涉及以下几个方面:
1. 输入匹配:LNA的输入端需要与输入信号源匹配,以最大
程度地提取信号。
这可以通过合适的输入阻抗来实现。
匹配网络通常由各种电路元件组成,如电容、电感和变压器等。
2. 前置放大:LNA使用一个高增益的晶体管或运算放大器等
器件来放大输入信号。
这些放大器通常具有低噪声系数和高线性度,以在尽可能短的时间内将信号放大到足够的水平。
3. 反馈网络:为了避免电路的不稳定性和干扰,LNA通常采
用反馈网络,以抑制不必要的振荡和增强信号稳定性。
反馈网络通常由电容、电感和电阻等元件组成。
4. 电源滤波:为了进一步减少噪声的影响,LNA通常使用电
源滤波电路来抑制电源中的高频噪声和尖峰,以保持放大器的稳定性和性能。
综上所述,低噪声放大器的工作原理可以概括为通过输入匹配、前置放大、反馈网络和电源滤波等步骤来实现信号放大并尽可能减少噪声的影响。
低噪声放大器的设计与仿真
低噪声放大器的设计与仿真随着技术与工艺的提高,通信系统中限制通信距离的因素已不是信号的微弱程度,而是噪声干扰的程度。
克服噪声干扰是设计电子设备必须考虑的问题。
从广义上来讲。
噪声是指设计中不需要的干扰信号,然而各种各样的通信信号通常是以电波形式传播,因此,接收有用信号的同时,不可避免地混入各种无用信号。
即便是采取滤波、屏蔽等方法,还是会有或多或少无用的信号渗入到接收信道中,干扰后续信号处理。
在改善外部干扰的同时,还需充分发挥设计人员的主观能动性,即就是从接收机内部降低设备自身干扰,主要是采用低噪声放大器来实现。
因此,这里提出一种低噪声放大器的设计方案。
1 低噪声放大器技术指标与设计原则1.1 主要技术指标低噪声放大器的主要技术指标包括:噪声系数、功率增益、输入输出驻波比、反射系数和动态范围等。
由于设计低噪声放大器时,在兼顾其他各指标的同时,主要考虑噪声系数。
噪声系数是信号通过放大器(或微波器件)后,由于放大器(或微波器件)产生噪声使得信噪比变坏。
信噪比下降的倍数就是噪声系数,通常用NF表示。
放大器自身产生的噪声常用等效噪声温度表示。
噪声温度与噪声系数NF的关系式中,T0为环境温度,通常以绝对温度为单位,293 K,注意:这里的噪声系数NF并非以dB 为单位。
对于单级放大器,噪声系数的计算公式为式中,NFmin为晶体管最小噪声系数,由晶体管本身决定;Γout、Rn、Гs分别为获得NFmin时的最佳源反射系数、晶体管等效噪声电阻、晶体管输入端的源反射系数。
而多级放大器噪声系数的计算公式为式中,NF总为放大器整机噪声系数;NF1、NF2、NF3分别为第1,2,3级的噪声系数;G1、G2分别为第1,2级功率增益。
从式(3)看出,当前级增益G1和G2足够大时,整机的噪声系数接近第l级的噪声系数。
因此多级放大器中,第1级的噪声系数大小起决定作用。
1.2 设计原则1.2.1 晶体管的选取射频电路中低噪声晶体管的主要技术指标为:高增益、低噪声以及足够的动态范围。
低噪放匹配调试方法
低噪放匹配调试方法
低噪放匹配调试方法是电子工程领域中常见的一种技术,它主要用于提高低噪声放大器的性能和减少噪声。
在这篇文章中,我们将介绍低噪放匹配调试方法的基本原理和步骤。
低噪放匹配调试方法是一种通过调整电路元件来匹配低噪声放大器的输入和输出阻抗,从而提高其性能的方法。
该方法通常需要使用一些特殊的测试设备,例如网络分析仪、信号源、功率计等。
首先,进行低噪声放大器的基本测试,包括输入输出阻抗、增益和噪声等参数的测量。
然后,根据测试结果,选择合适的匹配电路,例如匹配网络、滤波器等,并进行电路设计和仿真。
接下来,进行匹配电路的实际制作和安装。
在制作匹配电路时,需要注意电路元件的质量和精度,以及电路布局的合理性。
在安装匹配电路时,需要注意电路连接的可靠性和防止干扰的措施。
然后,进行匹配电路的调试和优化。
在调试过程中,需要使用测试设备对匹配电路进行测试,并根据测试结果进行电路调整。
在优化过程中,需要对电路参数进行进一步优化,以达到更好的性能。
最后,进行低噪声放大器的综合测试和验证。
在综合测试中,需要对整个系统进行测试,并对系统性能进行评估。
在验证过程中,需要对系统性能进行验证,并与设计要求进行比较。
总之,低噪放匹配调试方法是一种重要的技术,在电子工程领域中得到了广泛应用。
通过该方法可以提高低噪声放大器的性能,减少噪声,并为其他电子系统的设计提供参考。
ADS设计低噪声放大器的详细步骤
ADS设计低噪声放大器的详细步骤设计低噪声放大器的详细步骤:第1步:明确设计要求在设计低噪声放大器之前,首先需要明确设计要求。
这包括频率范围、放大增益、输入和输出阻抗、噪声系数等。
明确设计要求有助于确定设计流程和选择适当的元器件。
第2步:选择适当的放大器拓扑选择正确的放大器拓扑对于设计低噪声放大器至关重要。
常见的低噪声放大器拓扑包括共源极、共栅极和共漏极三种。
根据设计要求选择合适的放大器拓扑。
第3步:计算输入匹配电路在低噪声放大器中,输入匹配电路起到匹配输入信号源和放大器的作用。
输入匹配电路通常由电容、电感和微带线构成。
通过计算输入匹配电路可以保证输入信号最大的功率传输。
第4步:计算输出匹配电路类似于输入匹配电路,输出匹配电路也起到匹配放大器和负载的作用。
输出匹配电路也通常由电容、电感和微带线构成。
通过计算输出匹配电路可以使放大器输出功率最大化。
第5步:确定元器件参数在设计低噪声放大器时,需要确定各个元器件的参数。
这包括电容、电感、微带线的尺寸、负载电阻等。
选择合适的元器件参数可以满足设计要求,并使放大器具有较低的噪声。
第6步:模拟电路设计在模拟电路设计中,可以使用一些常见的电路设计软件,如ADS、CST等。
通过电路设计软件可以模拟和优化低噪声放大器的性能。
优化过程中需要注意输入和输出匹配、放大增益和噪声系数等指标。
第7步:布局设计和电磁兼容性完成模拟电路设计后,需要进行PCB布局设计。
布局设计需要考虑到电磁兼容性和噪声干扰等问题。
合理的布局设计可以降低噪声的干扰,提高放大器的性能。
第8步:制作和调试完成布局设计后,进行PCB板的制作和元器件的焊接。
完成后对放大器进行调试和测试。
调试可以通过信号源输入和示波器测量输出信号来进行。
第9步:优化和改进在进行测试后,可能发现放大器的性能还有待改进。
根据测试结果可以进行优化和改进。
可能需要对元器件进行更换或调整电路参数等。
第10步:测试验证最后对设计的低噪声放大器进行测试验证。
1.5GHz BiCMOS级间电感匹配低噪声放大器设计
感 ,一 源极 串连 电感 , 为等效 栅源 电导; 为 MOS 的跨导; 为与 器件 工 I为 。 C 管
艺和偏 置相关 的常数 , 为 2 3 ;仅 值 / ~2
g /g 0< 1 d 。
低噪声放 大器作 为射频信号传输 链 电 容 。 由 图 2可 得 : 路的第一级 , 必须满 足以 下要求:首先 , 具 有足 够 高 的增 益 及接 收 灵敏度 ;其 次 ,具有足够高 的线 性度 ,以抑止干 扰 和 防止 灵敏 度下降 ;第三 ,端 口匹配 良 好, 信号 能够有效地 传输 。另外 , 还要 满 足有效隔离 、防止信 号泄 漏以 及稳 定性
和噪声的 变化 如 图 5和 图 6所示
式 中 ,G表示 功率增 益。这里 的噪 声是 指总的输 出噪声与源 阻抗 在输 f 端 I I 产生的噪 声的 比值 ,因此我们得 到这种 结构的低噪声放 大器的噪 声系数 为
工 作频率 1 5 静忐功耗约为 1 . rW 。 .G, 65 o
栅 电流噪声则是 由于沟道载 流子的
扰 动 经 由 栅 电 容 耦 合 到 栅 极 形 成 的 ,其 表 达 式 为
阻抗 匹配,没有 引入过 多的噪 声 ,因此
被广 泛采用 。
i g =4 窜
() 4
噪 声分析及优化
田 7 琢 极 乒联 它感反 舒 匹 配 结 构
中 一… 鲁 6栅 g 表噪 曹 示声
维普资讯
1 G B S级间电感匹配 - MO 5H i z C
低噪声放大器设计
电子科 技大学 石峰 易新敏 王 向展 西南科技 大学 熊莉英
在 一个无线接收 系统 中 , 为了获得
通 常 , 频电路端 口要 与 5 射 On阻抗 逋电流噪声 、感应栅 电流噪声和 栅电阻
最新优化噪声系数的低噪声放大器(LNA)匹配技术
优化噪声系数的低噪声放大器(L N A)匹配技术摘要:RF放大器是一个放大微弱信号、以便接收器进一步处理的有源网络。
接收放大器位于整个系统的RF与IF电路之间,理想的放大器只增大所要求的信号幅度,不会增加任何失真和噪声。
但放大器实际上会在理想信号中增加噪声和失真。
在接收链路中,位于天线后面的第一级放大器贡献了大部分的系统噪声。
在噪声网络之前增加增益,有助于降低该网络的噪声输出。
放大器噪声系数为了分析电路噪声的影响,必须建立一个噪声电路模型—无噪声的电路加上外部噪声源。
对于一个带有内部噪声源的双端口网络(图1a),这些噪声源的作用可以通过分别串联在输入输出端的外部噪声电压源V n1和V n2来表示(图1b)。
如同内部噪声,这些噪声源在电路端产生相同的噪声电压。
V n1和V n2分别由方程1和2计算,通过其Z参数,表述图1b中噪声分离的双端口网络:和:方程1和2表明,V n1和V n2大小取决于噪声双端口网络的开路测量值。
当输入和输出端开路时(I1 = I2 = 0),它们遵循这些方程(方程3和4):和:换言之,V n1和V n2等于对应的开路电压。
图1. 一个噪声双端口网络(a)可以模型化为一个无噪声双端口网络(b)加外部电压噪声源V n1和V n2。
另一种表示噪声双端口网络的模型如图2所示,外部噪声源是电流噪声I n1和I n2。
方程5和6表述噪声分离的双端口网络:和:图2中,I n1和I n2大小取决于噪声双端口网络的短路测量值,如方程7和8所示:图2. 一个噪声双端口网络也可以表示为一个无噪声双端口网络加外部电流噪声源I n1和I n2。
和:除了图1b和2所示这些方法外,其它表示方法都可以从一个噪声双端口网络推导出来。
一个便于噪声分析的表示方法是将噪声源放在网络输入端(图3)。
图3. 同样,一个噪声双端口网络还可以表示为一个无噪声双端口网络加输入端上的外部噪声源V n和I n。
由ABCD参数表述图3中噪声分离的双端口网络,如方程9和10所示:和:方程9和10表明,不可能采用开路和短路测量方式简单地评估图3中的V n和I n。
ADS设计低噪声放大器的详细步骤详解
3.3 SP模型仿真设计—输入匹配设计
选定 在原理图窗口的最上一 行,选择 后, 弹出窗口如图 选择 ,综合完毕 后,即可生成适合的匹 配网络
3.3 SP模型仿真设计—输入匹配设计
匹配网络生成后,点 击 ,进入匹配网络 的子电路,如图所示。 其中的T形接头 为计算时考虑阻抗突变 引入的。在实际电路中 并不代表任何实际长度 的电路,具体的含义请 参阅帮助文档。
建立新的工程文件,命 名为spmod_LNA 在左侧选择S参数仿真 工具栏 如图所示
3.3 SP模型仿真设计—构建原理电路
在库中选出晶体管 ,放置在 原理图窗口 点击 ,放置Term1,Term2两个端口 点击 ,设置接地 点击 ,放置输入阻抗测试控件 点击 ,放置S参数扫描控件 修改S参数扫描控件的设置为需要值 连接电路如下页图所示
1.放大器设计的基本准备
需要明确的概念
S参数、放大器增益(平坦度)、噪声系数、 噪声温度、动态范围、三阶交调与1dB压缩 点、稳定性、匹配。。。 匹配电路有哪些形式 对晶体管如何馈电 And so on…
需要学习的知识
2.软件仿真中需要注意的几个问题
要有好的软件设计习惯
选择 工具栏 如:采用单分支线的 匹配。点击 ,放置 在原理图中 其中各参数的含义请 参阅帮助文档。
3.3 SP模型仿真设计—输入匹配设计
下面使用ADS的综合工 具,综合出匹配网络。 双击 进行参数编 辑,频率设置为2GHz, Zin设置为需要匹配的 目标值50,Zload设为 前面仿真得到的晶体管 的输入阻抗。
ADS设计低噪声放大器的详细步骤解析
ADS设计低噪声放大器的详细步骤解析低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA)是一种用于放大小信号并且噪声系数较低的放大器。
在射频领域,LNA是一个非常重要的组件,广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信等各种系统中。
以下是设计低噪声放大器的详细步骤解析:1.确定设计规格:首先,需要明确设计放大器的应用和要求,包括频率范围、增益、噪声系数、功率消耗等。
这些规格将在接下来的设计过程中起到指导作用。
2.选择放大器类型:根据设计规格,选择合适的放大器类型。
常见的放大器类型包括共源极放大器、共源极共栅放大器、共栅共源极放大器等。
3.确定工作频率:根据设计要求,确定放大器的工作频率范围。
这个步骤中需要考虑系统的频率计划、抗干扰能力以及现有系统中的其他无线电频率。
4.确定增益要求:根据设计要求,确定放大器需要提供的增益。
增益通常由设计要求中给出的最小信号到最大信号的目标增益范围定义。
5.噪声分析:根据设计要求,对放大器的噪声特性进行分析。
噪声分析是设计低噪声放大器的关键步骤之一,可以通过建立噪声模型和使用噪声参数进行计算来完成。
6.噪声匹配:根据噪声分析结果,进行噪声匹配。
噪声匹配的目的是使输入噪声电阻等于输出噪声电阻,从而达到最佳的噪声性能。
7.确定电源电压与电流:根据设计要求和选取的放大器类型,确定放大器的电源电压与电流。
这个步骤中需要考虑放大器的功率消耗和供电要求。
8.确定器件参数:根据选定的放大器类型、工作频率和增益要求,选择合适的器件进行设计。
常见的器件参数包括截止频率、最大功率、最大电流等。
9.进行电路仿真:使用电路仿真工具(如ADS等),对设计的放大器进行仿真。
仿真可以帮助分析和优化放大器的性能,例如增益、噪声系数等。
10.进行电路优化:根据仿真结果,对放大器进行优化。
优化的目标可能包括增加增益、降低噪声系数、提高稳定性等。
11.组装与测试:将设计好的放大器电路进行组装,并进行测试。
低噪声放大器使用注意事项
低噪声放大器使用注意事项低噪声放大器(Low Noise Amplifier,简称LNA)是一种在信号处理系统中广泛使用的电子器件,可将弱信号放大到足够的水平以进行后续处理。
在使用低噪声放大器时,有一些注意事项需要遵守,以确保其正常工作和性能稳定。
选择合适的低噪声放大器是至关重要的。
不同的应用场景和信号特性需要不同类型的低噪声放大器。
要根据实际需求选择合适的增益、带宽和噪声系数等参数。
同时,要确保所选的低噪声放大器与其他系统组件相兼容,以避免出现不匹配或不稳定的情况。
在使用低噪声放大器时,要注意其供电电源的稳定性。
供电电源的稳定性对低噪声放大器的性能有着重要影响。
应选择稳定性好的电源,并采取适当的电源滤波和去耦措施,以确保供电电源的纹波和噪声水平较低,不会对低噪声放大器的工作产生不利影响。
低噪声放大器本身应放置在适当的环境中。
应尽量避免将低噪声放大器放置在高温、高湿度或有较强电磁干扰的环境中,以免影响其性能和寿命。
同时,在布线时要注意与其他信号线的距离,避免干扰。
如果需要,在低噪声放大器周围可以采取屏蔽措施,以减少外部干扰对其的影响。
在使用低噪声放大器时,要避免过载和过压。
过载可能导致低噪声放大器的输出失真,甚至损坏器件。
因此,要根据其最大输入功率和饱和输出功率等参数,确保输入信号的幅度在合理范围内。
同时,要注意输入信号的频率范围,确保不会超过低噪声放大器的工作频率范围。
低噪声放大器在使用过程中应注意防静电措施。
静电可能导致器件损坏或性能下降。
在处理和安装低噪声放大器时,应使用静电防护设备,并遵循相关的操作规程,避免静电对器件的影响。
定期检测和维护低噪声放大器也是非常重要的。
定期检查低噪声放大器的工作状态,包括输入输出功率、增益、噪声系数等参数,以及温度和电源稳定性等。
如果发现异常情况,应及时采取相应的措施进行维修或更换。
使用低噪声放大器时需要注意选择合适的器件、维持稳定的供电、合理布置环境、避免过载和过压、防止静电等。
低噪声放大器
低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA)广泛应用于射电天文、卫星接收、雷达通信等收信机灵敏度要求较高的领域,主要作用是放大所接收的微弱信号、降低噪声、使系统解调出所需的信息数据。
而噪声系数(Noise Figure,NF)作为其一项重要的技术指标直接反映整个系统的灵敏度,所以LNA设计对整个系统的性能至关重要。
1 GPS接收机低噪声放大器的设计设计的LNA主要指标为:工作频率为1 520~1 600 MHz;噪声系数NF<O.50 dB;增益G>16.0 dB;输入驻波比<2;输出驻波比<1.5。
1.1 器件选择选择合适的器件,考虑到噪声系数较低、增益较高,所以选择PHEMT GaAsFET低噪声晶体管。
在设计低噪声放大器前,首先要建立晶体管的小信号模型,一般公司都会提供具有现成模型的放大器件。
这里选择Agilent公司的生产的ATF-54143。
1.52~1.60 GHz频带内,设计反τ型匹配网络,该匹配网络由集总元件电感、电容构成。
选择电感时,要选择高Q电感。
为了在模拟仿真中能够与实际情况相符合,选用Murata公司的电感和电容模型。
这里选用贴片电感型号为LQWl8,贴片电容型号为GRMl8,电感LQWl8在1.6 GHz典型Q值为80。
1.2 直流偏置在设计低噪声放大器中,设计直流偏置的目标是选择合适的静态工作点,静态点的好坏直接影响电路的噪声、增益和线性度。
由电阻组成的简单偏置网络可以为ATF-54143提供合适的静态工作点,但温度性较差。
可用有源偏置网络弥补温度性差的缺点,但有源偏置网络会使电路尺寸增加,加大了电路板排版的难度以及增加了功率消耗。
在设计实际电路中,要根据具体情况选择有源偏置网络,或是电阻偏置网络。
就文中的LNA而言,考虑到结构和成本,这里选择电阻无源偏置网络。
采用Agilenl的ATF54143,根据该公司给出的datasheet 指标,设计Vds=3.8 V、Ids=ll mA偏置工作点。
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yopt
y opt = Yopt Y0 = G opt + jBopt Y0 = g opt + jb opt
( 47)
(1 + N)
N 2 + N 1 − Γ 2 opt
( 50)
LNA
Γopt
Smith
F − Fmin 1 + Γopt 4 rn
(
ys
yopt
ABCD 9 10
3 I n1
( 9)
Vn I n2
In
2
V1 = AV2 + B( − I2 ) + Vn I1 = CV2 + D( − I2 ) + In
I Vn = − n2 Y21 Y In = In1 − 11 In2 Y21
(
17)
(
10)
9 Vn
10 3 In
2
N 1 − Γs
(
(1 − Γ ) ) = Γ − 2Γ Γ
2 s
s opt
+ Γopt
2 2
2
(
45)
2 (1 + N) Γs = N + 2Γs Γopt − Γopt 2
rn = Rn /Z0 :
Y G + jBs ys = s = s = g s + jb s Y0 Y0
ys = Ys Z0
I1
I2 NOISY TWO-PORT NETWORK (a)
I1
Vn1 NOISELESS TWO-PORT NETWORK (b)
Vn2
I2
(LNA)
RF RF IF
V1
V2
V1
V2
1. (b)
(a) Vn1 Vn2
2 I n1 I n2 5 6
I1 = Y11V 1+ Y 12V 2 + In1 I2 = Y21V1 + Y22V2 + I n2
( 52)
ys
yopt ( LNA 45) S
51
52 LNA
Smith
LNA Gopt
F = Fmin + 4 rn
Γs − Γopt 1 + Γopt
2
2 2
(1 − Γ )
s
(
49)
(SNR) 49)
(
)
F( Smith
15
LNA ( ) LNA MAX2656 LNA ( )
0.8dB ( MAX2656
2 − Bopt
)
(1 − Γ )
2
N=
Γs − Γopt
s
2
44 Ys
F
Yopt = Gopt + jBopt F
Fmin
N=
(1 − Γ )
2 2 2
with N =
2
F − Fmin 1 + Γopt 4 rn
2
Γs − 2 Γs Γopt + Γopt
2 s
2 R rn F = Fmin + n y s − y opt = Fmin + Ys − Yopt Gs Re al( y s )
I 2s
2
(
23)
13
Vn Vn (Inc)
In — Vn (Inu)
(
In 34
Ys F
Bs = − Bc
( 35)
I n = I nu + I nc
24)
34
FBs = − Bc = 1 + Gu Rn + ( Gs + Gc)2 Gs Gs
( 36)
Yc
I nc = YcVn
Inc
(
Vn
25)
3 Vn2
Vn
In
Ys Is INPUT PORT In
V2
V1 = Z11( I1 − In ) + Z12 I2 + Vn = Z11I1 + Z12 I2 + (Vn − Z11In )
( 11) 4.
V2 = Z 21( I1 − In ) + Z 22 I 2 = Z 21I1 + Z 22 I 2 − Z 21In )
(
8)
1b
2
(
2)
I1 NOISELESS TWO-PORT NETWORK I2
1
2
Vn1
Vn2 ( 3 4)
( 3)
(I1 = I2 = 0)
V1
In1
In2
V2
Vn1 = V1 I1 = I 2 = 0 Vn2 = V2 I1 = I 2 = 0
(
4)
2. In1 In2
Vn1
Vn2
12
(
3)
LNA
5 LNA C3 50Ω MAX2656
(
55)
50 Ω
7 ΓL 1. Gonzalez, Guillermo; Microwave Transistor , Amplifiers, Analysis & Design ; Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey 07458. 2. Bowick, Chris; RF Circuit Designs ; Howard W. Sams & Co., Inc., ITT
Γs
2
Γopt 2 Γs Γopt N = + − (1 + N) (1 + N) (1 + N) 2 Γs Γopt Γopt
2
Γs −
( 46)
(1 + N)
+ =
Γopt
2
(1 + N)2 (1 + N)2
1 (1 + N)2
−
Γopt
2
Γopt N = − (1 + N) (1 + N)
2
Γs −
G s = Re [Y s] Rn
V 2n = 4 kT0 RnB
( 30)
36
Fmin = F Ys =Yopt = 1 +
Fmin
Gu R + n G opt + G c G opt G opt
(
Gu
I 2nu = 4 kT0 Gu B
( 31)
(
)
2
41)
39
Gu /Gopt
Fmin =
41
29
(
42)
F = 1+ = 1+
4 kT0 G u B + G s + jBs + G c + jBc 4 kT0 R n B 4 kT0 Gs B
2
42
=
34
Gu R n + ( Gs + Gc)2 + (Bs + Bc)2 Gs Gs
[
]
F = Fmin − 2 R n G c + G opt +
10kΩ
2dB ΓS = 0.3/150° 50Ω ΓS arc ΓSA ( L1 arc BO ( C1
) )
RF OUTPUT
C3 = 3.6pF
5. MAX2656 LNA
arc ΓSA 0.3 Z = L1 = 15/ω = 15/(2πf) = 15/ 50 x 0.3 = 15Ω 9 1.2nH [2π x (1.96 x 10 )] = 1.218nH arc BO 0.9 1/Y = Z = C 2 = 1/(55.55 x ω ) = 1/ 50 /0.9 = 55.55 Ω (55.55 x 2πf) = 1/[55.55 x 2π x (1.96 x 109)] = 1.46pF 1.5pF
( 12)
Isc = -Is + In + VnYs
I 2sc = − Is + I n + VnYs
20
Isc
1
2
11
12
( 13)
Vn 1 = Vn − Z11In Vn2 = − Z 21In
(
)
2
= I 2s + I n + VnYs − 2 Is I n + VnYs
(
(
)
2
(
)
20)
(
14)
arc OΓL (
C3 Z= arc O Γ L 0.45 50 x 0.45 = 22.5 Ω C 3 = 1/(22.5 x ω ) = 1 / (22.5 x 2 π f ) = 1/ [22.5 x 2 π x (1.96 x 10 9 ) ] = 3.6pF 3.608pF )
19
LNA MAX2656— — LNA ( 5)
(IP3) PCS (14.5dB
VCC = 3V 4 1 Cb
) 3dB 3.5dB
2dB
Smith ( 6)
( 2.5dB
BIAS 0V : HIGH GAIN VCC : LOW GAIN
RBIAS
MAX2656
L1 = 1.2nH RF C1 = 1.8nF C2 = 1.5pF 2 5 3 6
30
31
28
Yc = Gc + jBc Ys = Gs + jBs
( 32)
G2c Rn 1 + R n G opt − G 2opt + 2G opt G c + G 2 c = +G G opt opt