低噪声放大器的设计-射频课程设计
射频低噪声放大器电路设计详解
射频低噪声放大器电路设计详解射频LNA 设计要求：低噪声放大器（LNA）作为射频信号传输链路的第一级，它的噪声系数特性决定了整个射频电路前端的噪声性能，因此作为高性能射频接收电路的第一级LNA 的设计必须满足：（1）较高的线性度以抑制干扰和防止灵敏度下降;（2）足够高的增益，使其可以抑制后续级模块的噪声;（3）与输入输出阻抗的匹配，通常为50Ω;（4）尽可能低的功耗，这是无线通信设备的发展趋势所要求的。
InducTIve-degenerate cascode 结构是射频LNA 设计中使用比较多的结构之一，因为这种结构能够增加LNA 的增益，降低噪声系数，同时增加输入级和输出级之间的隔离度，提高稳定性。
InducTIve-degenerate cascode 结构在输入级MOS 管的栅极和源极分别引入两个电感Lg 和Ls，通过选择适当的电感值，使得输入回路在电路的工作频率附近产生谐振，从而抵消掉输入阻抗的虚部。
由分析可知应用InducTIve-degenerate cascode 结构输入阻抗得到一个50Ω的实部，但是这个实部并不是真正的电阻，因而不会产生噪声，所以很适合作为射频LNA 的输入极。
高稳定度的LNAcascode 结构在射频LNA 设计中得到广泛应用，但是当工作频率较高时由于不能忽略MOS 管的寄生电容Cgd，因而使得整个电路的稳定特性变差。
对于单个晶体管可通过在其输入端串联一个小的电阻或在输出端并联一个大的电阻来提高稳定度，但是由于新增加的电阻将使噪声值变坏，因此这一技术不能用于低噪声放大器。
文献对cascode 结构提出了改进，在其中ZLoad=jwLout//（jwCout）-。
实验四低噪声放大器的设计
〔四〕用ADS软件设计低噪声 放大器
▪ 本节内容是介绍使用ADS软件设计低噪 声放大器的方法：包括原理图绘制，电 路参数的优化、仿真，幅员的仿真等。
▪ 下面开场按顺序详细介绍用ADS软件设 计低噪声放大器的方法。
实验四 低噪声放大器的设计
〔一〕 实验目的
了解低噪声放大器的工作原理及设计方 法。
学习使用ADS软件进展微波有源电路的 设计，优化，仿真。
掌握低噪声放大器的制作及调试方法。
〔二〕 实验内容
了解微波低噪声放大器的工作原理。
使用ADS软件设计一个低噪声放大器， 并对其参数进展优化、仿真。
〔三〕低噪声放大器的技术指标
3.3 SP模型仿真设计
很多时候，在对封装模型进展仿真设计前， 通过预先对sp模型进展仿真，可以获得电 路的大概指标。sp模型的设计，通常被作 为电路设计的初级阶段。
本节首先设计sp_hp_AT41511_2_19950125在2GHz处的输入、输 出匹配。
3.3 SP模型仿真设计—构建原理电路
在本例中，可以适当调整扫描参数，然后仿真， 在结果曲线上选择适宜的直流工作点，获得相 应的直流偏置电压〔或电流〕值。
3.2晶体管S参数扫描
选定晶体管的直流工作点后，可以进展 晶体管的S参数扫描，本节中选用的是 S参数模型sp_hp_AT41511_2_19950125，这一模型对应的 工作点为Vce=2.7V、Ic=5mA
观察sp模型晶体管的参数显示，在此例中，标 定的频率适用范围为0.1~5.1GHz，在仿真的时 候要注意。超出此范围，虽然软件可以根据插
值等方法外推除电路的特性，但是由于模型已 经失效，得到的数据通常是不可置信的。
射频与微波电路设计低噪声放大器设计PPT课件
放大器的稳定性
当放大器的输入和输出端的反射系数的模都小于 1（即 1 1, 2 1 ）时，不
管源阻抗和负载阻抗如何，网络都是稳定的，称为绝对稳定；
当输入端或输出端的反射系数的模大于 1 时，网络是不稳定的，称为条件稳定。
对条件稳定的放大器，其负载阻抗和源阻抗不能任意选择，而是有一定的范围，
பைடு நூலகம்
P3
P1
P2
Z0
输入
a1
a2
微波
输出
匹配
b1 器 件 b2
匹配
电路
[S]
电路
P4 Z0
Zs Zin
Zout ZL
Γ sΓ 1
Γ 2Γ L
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在圆图上表示噪声和增益——等噪声圆和等增益圆
• 2、输入、输出匹配时，噪声并非最佳。相反有一定失配，才能实现噪声最佳。 • 对于MES FET（金属半导体场效应晶体管）来说，其内部噪声源包括热噪声、闪
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放大器技术指标—端口驻波比和反射损耗 • 低噪声放大器主要指标是噪声系数，所以输入匹配电路是按照噪声最佳来设计的， 其结果会偏离驻波比最佳的共扼匹配状态，因此驻波比不会很好。 • 此外，由于微波场效应晶体或双极性晶体管，其增益特性大体上都是按每倍频程 以6dB规律随频率升高而下降，为了获得工作频带内平坦增益特性，在输入匹配 电路和输出匹配电路都是无耗电抗性电路情况下，只能采用低频段失配的方法来 压低增益，以保持带内增益平坦，因此端口驻波比必然是随着频率降低而升高。
烁噪声和沟道噪声。这几类噪声是相互影响的，综合结果可归纳为本征FET栅极 端口的栅极感应噪声和漏极端口的漏极哭声两个等效噪声源。这两个等效噪声 源也是相关的，如果FET输入口（即P1面）有一定的失配，这样就可以调整栅极 感应噪声和漏极噪声之间的相位关系，使它们在输出端口上相互抵消，从而降 低了噪声系数。对于双极型晶体管也存在同样机理。 • 根据分析，为获得最小的FET本征噪声，从FET输入口P1面向信源方向视入的反 射系数有一个最佳值，用out表示。当改变输入匹配电路使呈现
低噪放声放大器设计教学课件PPT
RF
1 L3(cd c0 )
已知管子电容 Cd 和 C0 ，得：
L3
2 RF
1
cd
c0
2. 性能指标
VRiFnin
Vout
(1) 增益 代入MOS管共栅等效电路
Cgs
1 gm
g m vgs
rds
增益
管子跨导 gm
rds 负载 回路谐振阻抗 RP
设线圈L3 的串联损耗电阻是 r
Vo n45V13
⑤ 电压增益 A
低噪放回路带宽
Vo Vbe
BW
n45n13 gm R
f0
其中(
Qe
Qe
R
0 L
)
增加稳定性——抵消极间电容 C (Cbc ) 的影响
添加中和电容
注意反馈的极性
极间电容 C (Cbc )
CN
的反馈通路
中和电容的反馈通路
例5.3.1 1GHZ CMOS 低噪声放大器
Vout Vin
Vout Vin
2Vout 2Vin
Vout Vin
Vin
Vin
差分放大器总增益与单管相同
（2） 带宽
Vin
Vout
电路特点：
选频
输入 输出 并联回路
阻抗变换
带宽？——由两个回路共同决定
① 当两个回路Q值相同时
设每个回路带宽为BW1
BW总 BW1
1. 电路结构：
①场效应管M1和 M2、共栅组态 ②接成双端输入双端输出差动放大器
③输入端采用电感 L1 和 L2
组成匹配网络
④输出端采用LC回路选频
射频通信电路：第五讲 低噪声放大器
场效应管等效电路
晶体管的放大特性主要由压控电流源 决定 放大器的输入阻抗由 决定，呈容性
放大器输出电阻由 和 决定，该值一般很大
放大器隔离度由 决定
极限工作频率受等效电路中的电容 = (
≈
分立低噪声放大器构成
电路组成：晶体管、偏置、输入匹配和输出负载四大部分
输入匹配网络
输出负载
偏置
晶体管 典型电路
把晶体管视为一个 双端口黑盒子，分 析其端口参数，适 用于特定频率、线 性参数,如S参数
应用不同的模型，分析设计低噪放的方法不同
低噪声放大器指标
Adobe Acrobat 文档
低噪声放大器指标分析
1.低功耗：移动通信的必然要求 低电源电压、低静态电流
2.工作频率：取决于晶体管的特征频率
fT
=
gm
低噪声放大器指标分析
F = 1+ (Vn + In RS )2
4kTRS B
对于高源阻抗， 是主要噪声源 对于低源阻抗， 是主要噪声源
系统最小噪声系数时，信号源阻抗满足：
2
R2 s ,opt
=
Vn
2
In
低噪声放大器指标分析
F = 1+ rbb' + 1 + gm RS ≈ 1+ rbb' + 1
高频等效电路--BJT
共射放大器原理图
V（BR）EBO ICBO ICEO
工作点Q由基极偏置VBEQ、集电极电源 VCC 负载电阻RL决定
iB(μA) 0
VCE（ V）
11
0
VBE
＋
iC 饱和区
临界饱和 线
截止区
击穿区 iB=iB5
射频前端设计中的低噪声放大器设计原则
射频前端设计中的低噪声放大器设计原则在射频前端设计中，低噪声放大器是至关重要的组成部分。
在设计低噪声放大器时，需要遵循一些原则以确保放大器的性能达到最佳状态。
首先，要选择合适的器件。
在设计低噪声放大器时，应选择高品质、低噪声的放大器器件。
常用的低噪声放大器器件包括场效应晶体管（FET）和双极晶体管（BJT）。
这些器件的噪声特性直接影响到整个放大器的性能，因此选择适当的器件至关重要。
其次，要注意电路匹配。
在低噪声放大器设计中，电路匹配是十分重要的。
通过进行合适的匹配，可以降低信号与噪声之间的干扰，从而提高放大器的性能。
电路匹配通常通过使用阻抗匹配网络来实现，确保输入与输出之间的阻抗匹配良好。
此外，要注意布局设计。
在低噪声放大器设计中，良好的布局设计可以有效地减少干扰和噪声。
应尽量减少电路路径长度，降低电路中的电感和电容，以减少信号与噪声之间的相互影响。
此外，应注意良好的接地设计，确保信号的良好接地，避免地线回流和干扰。
另外，要进行合适的偏置设计。
在低噪声放大器设计中，正确的偏置设计可以有效地提高放大器的性能。
合适的偏置电流可以提高放大器的线性度和稳定性，从而减少噪声的影响。
应根据所选用的器件类型和工作频率进行合适的偏置设计，以确保放大器性能的优化。
最后，要进行合适的仿真和测试。
在设计低噪声放大器时，应进行充分的仿真和测试，以验证电路设计的正确性和性能。
通过仿真可以提前发现潜在问题并进行调整，从而减少后期调试的时间和成本。
在实际测试中，应使用专业的测试设备和方法进行性能测试，确保放大器的性能达到设计要求。
综上所述，在设计射频前端中的低噪声放大器时，需要遵循一些设计原则，包括选择合适的器件、注意电路匹配、注意布局设计、进行合适的偏置设计以及进行充分的仿真和测试。
通过遵循这些原则，可以设计出性能优异的低噪声放大器，从而提高整个射频前端系统的性能和可靠性。
射频实验报告：低噪声放大器
射频实验报告：低噪声放大器课程实验报告《集成电路设计实验》2010- 2011学年第 1 学期班级：低噪声放大器实验名称：指导教师：姓名学号：实验时间：2011年5月22日一、实验目的：1、了解基本射频电路的原理。
2、理解基本低噪声放大器的工作原理并设计参数。
3、掌握Cadence的运用，仿真。
二、实验内容：1、画出低噪声放大器的原理图。
2、仿真电路：仿真出低噪放大器的的输出增益，噪声增益，史密斯图等。
Gain=22dB，NF=1.8dB，S11<-15dB，Kf>1，B1f<1，IP1dB=-14dBm。
三、实验结果1、放大器原理图为：2、输入匹配网络参数根据晶体管S11参数和要求的输入S11及增益，设置如下，L2=20n，L3=7n，C6=1.2p3、仿真结果（1）输出增益及噪声增益（sp仿真，看NF，GT）（2）S11结果(sp仿真，看sp中的s11)（3）史密斯圆（4）静态电流和静态电压仿真DC，得到沟道电流Id=4.28mA，栅源电压Vgs=1.036V，（5）稳定因子K<，LNA不产生振荡仿真SP，得到频带内稳定因子K=4.4~5.2，1（6）LNA的增益LNA的在-60dBm~-35dBm内有稳定的增益，电压增益约为28dB（7）输入输出VSWR输入电压驻波比在带内最大为1.3 最小为1.03输出电压驻波比在带内最大2.7，最小1.5（8）LNA的S参数（1）仿真SP控件，得到LNA的S21为17dBm~18.3dBm（2）查看输入反射情况，得到在1.3GHz中心频点处S11=-34dB，带内最大-18dB，（9）功率增益1、通过查看传输功率，得到下图，得到带内最大18.3dBm，最小17.2dBm2、查看资用功率增益，得到带内最大值18.6dBm,最小18.22dBm（10）、1dB压缩点仿真PSS，查看输入输出线性情况，得到IP1= -18dBm，3、心得体会实验越往后面，遇到的问题就越多，开始时电路参数的设置出现了偏差，到最后加了稳定电路并且调整了参数才得于仿真出来。
《低噪声放大器设计》课件
低噪声放大器（LNA）是一种专门设计的电子器件，主要用于接收微弱信号并 进行放大。在无线通信、雷达、电子战等领域中，低噪声放大器被广泛应用于 提高信号的信噪比，从而提高接收系统的灵敏度和性能。
低噪声放大器的性能指标
总结词
低噪声放大器的性能指标主要包括增益、噪声系数、线性度等。
详细描述
增益是低噪声放大器的重要指标，表示放大器对输入信号的放大倍数。噪声系数是衡量低噪声放大器性能的重要 参数，表示信号在放大过程中引入的噪声量。线性度则表示放大器在放大信号时保持信号不失真的能力。
采取电磁屏蔽、滤波等措施， 减小外部噪声对放大器性能的 影响。
降低闪烁噪声
采用适当的偏置条件和频率补 偿，降低闪烁噪声的影响。
03
CATALOGUE
低噪声放大器的电路设计
晶体管的选择
总结词
晶体管的选择是低噪声放大器设计的关 键，需要考虑其噪声性能、增益、稳定 性等参数。
VS
详细描述
在选择晶体管时，需要考虑其噪声性能， 通常选用低噪声晶体管以减小放大器的噪 声。同时，需要考虑晶体管的增益，以保 证放大器能够提供足够的增益。此外，稳 定性也是需要考虑的一个重要参数，以确 保放大器在工作时不会发生振荡或失真。
匹配网络的设计
总结词
匹配网络的设计对于低噪声放大器的性能至 关重要，其主要作用是减小信号反射和减小 噪声。
详细描述
匹配网络是低噪声放大器中不可或缺的一部 分，其主要作用是减小信号反射和减小噪声 。设计时需要考虑阻抗匹配和噪声匹配，以 使信号尽可能少地反射回源端，同时减小放 大器的噪声。常用的匹配网络有LC匹配网络 、微带线匹配网络等。
《低噪声放大器设 计》ppt课件
目 录
(完整版)24G射频低噪声放大器毕业设计论文
摘要近年来，以电池作为电源的电子产品得到广泛使用，迫切要求采用低电压的模拟电路来降低功耗，所以低电压、低功耗模拟电路设计技术正成为研究的热点。
本文主要讨论电感负反馈cascode-CMOS-LNA（共源共栅低噪声放大器）的噪声优化技术，同时也分析了噪声和输入同时匹配的SNIM技术。
以噪声参数方程为基础，列出了简单易懂的设计原理。
为了实现低电压、低噪声、高线性度的设计指标，在本文中使用了三种设计技术。
第一，本文以大量的篇幅推导出了一个理想化的噪声结论，并使用Matlab分析了基于功耗限制的噪声系数，取得最优化的晶体管尺寸。
第二，为了实现低电压设计，引用了一个折叠式的共源共栅结构低噪声放大器。
第三，通过线性度的理论分析并结合实验仿真的方法，得出了设计一个高线性度的最后方案。
另外，为了改善射频集成电路的器件参数选择的灵活性，在第四章中使用了一种差分结构。
所设计的电路用CHARTER公司0.25μm CMOS 工艺技术实现，并使用Cadence的spectre RF 工具进行仿真分析。
本文使用的差分电路结构只进行了电路级的仿真，而折叠式的共源共栅电路进行了电路级的仿真、版图设计、版图参数提取、电路版图一致性检查和后模拟，完成了整个低噪声放大器的设计流程。
折叠式低噪声放大器的仿真结果为：噪声系数NF为1.30dB，反射参数S11、S12、S22分别为-21.73dB、-30.62dB、-23.45dB，正向增益S21为14.27dB，1dB压缩点为-12.8dBm，三阶交调点IIP3 为0.58dBm。
整个电路工作在1V电源下，消耗的电流为8.19mA，总的功耗为8.19mW。
所有仿真的技术指标达到设计要求。
关键字：低噪声放大器；噪声系数；低电压、低功耗；共源共栅；噪声匹配ABSTRACTIn recent years, electronics with battery supply are widely used, which cries for adopting low voltage analog circuits to reduce power consumption, so low voltage, low power analog circuit design techniques are becoming research techniques for inductively degenerated cascode CMOS low-noise amplifiers (LNAs) with on-chip inductors. And it reviews and analyzes simultaneous noise and input matching techniques (SNIM). Based on the noise parameter equations, this paper provides clear understanding of the design principle. In order to achieve low-voltage, low noise, specifications, in this paper by three design technology. Firstly, using Matlab tool analyzes noise figure based on power-constrained, and obtain the optimum transistor size. Secondly, design a folded-cascode-type LNA to reduce the power supper. Third, through theoretical analysis of Linear and combine simulation methods, I obtain a final design of a the other side, in order to improve the radio frequency integrated circuit device parameters of flexibility, this paper presents a difference in the structure in the fourth chapter. The proposed circuit design is realized using csm25RF 0.25μm CMOS technology, simulated with Cadence specter RF.Based on csm25RF 0.25μm CMOS technology, the resulting differential LNA achieves 1.32dB noise figure, -20.65dB S11, -24dB S22, -30.27 S12, 14 dB S21. The LNA's 1-dB compression point is -13.3dBm, and IIP3 is -0.79dBm, with the core circuit consuming 8.1mA from a 1V power supply.Key words：low-noise amplifier (LNA)；noise figure；low voltage low power；cascode；noise matching目录第一章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2研究现状及存在的问题 (2)1.3本论文主要工作 (3)1.4论文内容安排 (3)第二章射频电路噪声理论和线性度分析 (4)2.1噪声理论 (4)2.1.1 噪声的表示方法 (4)2.1.2 本文研究的器件噪声类型 (5)2.1.2.1 热噪声 (5)2.1.2.2 MOS噪声模型 (6)2.1.3 两端口网络噪声理论 (7)2.1.4 多级及联网络噪声系数计算 (9)2.2MOSFET两端口网络噪声参数的理论分析 (10)2.3降低噪声系数的一般措施 (13)2.4MOS LNA线性度分析 (14)2.4.1 1dB压缩点 (14)2.4.2 三阶输入交调点IIP3 (16)2.4.3 多级及联网络线性度表示方法（起最重要作用的线性级） (17)2.5小结 (18)第三章 CMOS低噪声放大器的设计理论推导 (20)3.1LNA设计指标 (20)3.1.1 噪声系数 (20)3.1.2 增益 (20)3.1.3 线性度 (20)3.1.4 输入输出匹配 (21)3.1.5 输入输出隔离 (21)3.1.6 电路功耗 (21)3.1.7 稳定性 (21)3.2CMOS LNA拓扑结构分析 (21)3.2.1 基本结构及比较 (21)3.2.2 源极去耦与噪声、输入同时匹配(SNIM)的设计 (22)3.2.3 共源共栅电路结构（cascode） (27)3.2.4 功率限制的单端分析—获得最佳化的宽长比 (29)3.3其它改进型电路比较 (31)3.4偏置电路的设计 (33)3.5 CASCODE设计结论 (34)第四章 2.4GHZ LNA电路设计 (35)4.1工艺库的元器件 (35)4.2差分CASCODE电路 (35)4.2.1 差分电路的设计 (35)4.2.2 差分电路的电路极仿真 (37)4.3单端CASCODE电路 (39)4.3.1 单端电路的设计 (39)4.3.2 单端电路的电路级仿真 (42)4.3.3 单端电路的版图设计、提取及后模拟 (45)4.4电路级仿真和后模拟仿真总结 (48)4.5与其它电路的比较 (49)结束语 (50)致谢 (51)参考文献 (52)附录A 二端口网络的噪声理论补充 (53)附录B S参数与反射系数 (55)B.1双端口网络S参数 (55)B.2反射系数与S参数的关系 (56)B.3其它参数与S参数的关系 (57)附录C 电感源极负反馈共源电路噪声推导 (58)附录D MATLAB程序 (62)第一章绪论1.1 课题背景在最近的十多年来，迅猛发展的射频无线通信技术被广泛地应用于当今社会的各个领域中，如：高速语音来，第3代移动通信(3G)、高速无线互联网、Bluetooth以及利用MPEG标准实现无线视频图像传输的卫星电视服务等技术是日新月异，无线通讯技术得到了飞速发展，预计到2010年，无线通信用户将达到10亿人[1]，并超过有线通信用户。
CMOS射频集成电路设计-CMOS低噪声射频放大器
而式(5.2.2)中,iu 与噪声电压un 完全不相关。
CMOS低噪声射频放大器 又
根据噪声因子的定义,可写出噪声系数的表达式为 联立式(5.2.2)~式(5.2.5),解得噪声因子为
CMOS低噪声射频放大器 从式(5.2.6)可以看出,它含有三个独立的噪声源,可将它
CMOS低噪声射频放大器
5.4 TH-UWB低噪声放大器设计实例
5.4.1 近年来关于 UWBLNA的研究现状 近年来有文献报道通过电阻反馈和匹配滤波器[14,15]获
得宽的频带而平坦的增益。 分布式放大器用来在 UWB 通 信中实现低功耗工作。关于 UWB 应用的差分 CMOS LNA 也有介绍。在这些文献中,带有管联拓扑结构的 LNA 介绍较 多,原因是这种结构 在增益和噪声控制方面有更好的性能。
CMOS低噪声射频放大器
CMOS低噪声射频放大器
5.1 概述 5.2 低噪声放大器网络的噪声分析 5.3 CMOS低噪声放大器的基本电路 结构和技术指标 5.4 TH-UWB低噪声放大器设计 实例 5.5 本章小结 习题
CMOS低噪声射频放大器
5.1 概述
目前,基于不同的集成电路工艺,低噪声放大器采用的工 艺技术有 GaAsPHEMT、 MESFET、HBT 以及 CMOS技术 等。
而
CMOS低噪声射频放大器 又
CMOS低噪声射频放大器
CMOS低噪声射频放大器
CMOS低噪声射频放大器 于是,MOS晶体管的二端口网络噪声参数为
CMOS低噪声射频放大器
5.3 CMOS低噪声放大器的基本电路结构和技术指标
5.3.1 CMOS低噪声放大器的几种电路结构 1. 输入端并联电阻的共源放大器 输入端并联电阻的共源放大器的电路结构如图5-3所示。 该放大器的输入阻抗为
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。
微波低噪声放大器的原理与设计
微波低噪声放大器的原理与设计一、实验目的1．了解射频放大器的基本原理与设计方法；2．利用实验模组实际测量以了解放大器的特性；3．学会使用微波软件对射频放大器的设计和仿真，并分析结果。
二、实验原理在一个无线接收系统中，为了获得良好的总体系统性能，需要一个性能优越的前端，而低噪声放大器（LNA）就是前端的一个重要组成部分。
低吸声放大器电路结构：低噪声放大器作为射频信号传输链路的第一级，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等方面的要求。
通常，射频电路端口要与50Ω阻抗匹配，为了满足输入端功率匹配条件，一般采用源极串联电感反馈匹配结构，如图15-1所示。
图15-2是该结构的小信号图。
图15-1 源极串联电感反馈匹配结构图15-2 源极串联电感反馈匹配结构的小信号图在图15-1、图15-2中，Lg为栅极串联电感，LS为源极串联电感，Cgs为等效栅源电容。
由图15-2可得：当谐振时有：其中，这种结构用电感来等效实电阻进行阻抗匹配，没有引入过多的噪声，因此被广泛采用。
在频率较高的频段设计制作放大器，通常采用场效应管FET。
影响放大器的噪声系数的因素有很多，除了选用性能优良的元器件外，电路的拓扑结构是否合理也是非常重要的。
放大器的噪声系数和信号源的阻抗有关，放大器存在着最佳的信号源阻抗，如图15-3所示。
此时，放大器的噪声系数是最小的，所以放大器的输入匹配电路应该按照噪声最佳来进行设计，也即根据FET的Γopt来进行设计。
为了获得较高的功率增益和较好的输出驻波比，输出匹配电路则采用共轭匹配。
输入匹配电路在达到最佳噪声匹配时，放大器的输入阻抗不一定恰好与信号源阻抗匹配，因而功率放大倍数不是最大。
设计低噪声放大器，首要考虑的是噪声要尽可能低，其次才是增益的问题。
射频低噪声放大器的设计
F = Fmin +
4R n | Γs − Γopt |2 (1− | Γs | ) | 1 + Γopt |
2 2
=F
min
+N
| Γs − Γopt |2 1− | Γs |2
（6）
式中
N=
4R n ； | 1 + Γopt |2
由式（6）可以看出，当器件的参数一定时，网络的噪声 系数F的大小可以完全由源反射系数 Γs 确定， 所以一般情况下 可以通过调整源反射系数 Γs 来改变噪声系数。在设计放大器 的输入匹配网络时，若使 Γs = Γopt ，即设计成最佳噪声匹配状 态，这时放大器的噪声系数就等于晶体管的最小噪声系数
Fmin 。
前面得到的噪声系数公式只适用于单级，实际设计中往 往是多级放大对于多级放大器，其总的噪声系数 Fall 为：
5
匹配网络设计
在设计放大器时，一般有以下几种原则：一是以达到最
F -1 F -1 Fn -1 Fall = F1 + 2 + 3 +L+ G1 G1G 2 G1G 2 L G n −1
F1 = F2 =…= Fn = F
G1 = G 2 =…= G n = G
则（6）式可以利用级数求和得到下式：
式中
Fall =1+M M= F - 1 1 - 1/G
（8）
应的公式。对于不同的设计原则，相应的匹配网络的结构也 就不一样。实际的应用中三极管的输入共轭匹配的源反射系 数（ Γs ） 和最小噪声源反射系数（ Γopt ） 很少一致。因此， 必须找到一种折中的输入匹配方法来满足最佳噪声系数和最 佳输入反射回损的性能。 当由一个给定的噪声系数 F = Fi 来设 计 Γs 时，可由式（6） 可以推出等噪声系数圆方程，其方程
射频电路大作业-低噪声放大器设计
ATF-331M4低噪声放大器设计一、指标要求Use Avago’s ATF-331M4 to design a LNAOperation Frequency rang: 2.4 GHz ~ 2.5 GHzNoise Figure below 0.7 dB;Gain > 15 dB; (Feasible maximum gain is 16.1 dB at 2.5 GHz)VSWR(input)<1.5;VSWR(output)<1.5;Use the schematic tool to simulate and realize it with the layout tool (Momentum) in ADS. Give both the schematic and layout of the final LNA amplifier circuit, detailed simulation procedure, and the simulation results obtained with both the schematic and layout circuit;二、设计步骤1.下载芯片模型首先从安华高科的官方网站上下载芯片的ADS模型和datasheet将芯片模型解压为project文件，供仿真调用。
新建一个工程文件，将解压好的ATF-331M4文件添加到新建的工程文件中。
2.直流仿真仿真前要先确定芯片的直流工作点，指标要求2.4-2.5GHz的增益要大于15dB，查看芯片数据手册发现在2.5G的频率点上VDS =4V，IDS=60mA时增益最大，所以选取VDS =4V，IDS=60mA为直流工作点。
新建原理图文件，将芯片模型放到原理图中，并调用ADS自带的直流仿真样板。
得到的直流仿真结果如下图所示，得到栅极电压为-0.6V，而datasheet里给的典型值-0.51V，两者用差别，这里还是用-0.6V来进行仿真。
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。
低噪声放大器的设计-射频课程设计
South China University of Technology射频设计报告低噪声放大器的设计目录1 前言................................................................................................................................................... 1... 2低噪声放大器的主要技术指标 ................................................................................................... 2..2.1 工作频率与带宽................................................................................................................. 2..2.2 噪声系数............................................................................................................................. 2...2.3 增益 ..................................................................................................................................... 2...2.4 放大器的稳定性.................................................................................................................3..2.5 输入阻抗匹配.....................................................................................................................3..2.6 端口驻波比和反射损耗.................................................................................................... 4.. 3低噪声放大器的设计指标............................................................................................................ 5.. 4设计方案......................................................................................................................................... 6...4.1 直流分析及偏置电路的设计............................................................................................ 6..4.2 稳定性分析......................................................................................................................... 9..4.3 匹配网络设计...................................................................................................................................................... 1..4.4 最大增益的输出匹配...................................................................................................................................................... 1..34.5 匹配网络的实现...................................................................................................................................................... 1..74.6 版图的设计...................................................................................................................................................... 1..85. 学习心得 .................................................................................................................................... 2..5. 参考文献......................................................................................................................................... 2..6./ 、八—1 前言低噪声放大器（low noise amplifier, LNA是射频接收机前端的重要组成部分。
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射频设计报告低噪声放大器的设计目录1 前言 (1)2 低噪声放大器的主要技术指标 (2)2.1 工作频率与带宽 (2)2.2 噪声系数 (2)2.3 增益 (2)2.4 放大器的稳定性 (3)2.5 输入阻抗匹配 (3)2.6 端口驻波比和反射损耗 (4)3 低噪声放大器的设计指标 (5)4 设计方案 (6)4.1 直流分析及偏置电路的设计 (6)4.2 稳定性分析 (9)4.3 匹配网络设计 (10)4.4 最大增益的输出匹配 (13)4.5 匹配网络的实现 (17)4.6 版图的设计 (18)5. 学习心得 (25)参考文献 (26)1 前言低噪声放大器(low noise amplifier，LNA)是射频接收机前端的重要组成部分。
它的主要作用是放大天线从空中接收到的微弱信号，足够高的增益克服后续各级(如混频器)的噪声，并尽可能少地降低附加噪声的干扰，以供系统解调处所需要的信息。
LNA一般通过传输线直接和天线或天线滤波器相连，由于处于接收机的最前端，其抑制噪声的能力直接关系到整个接收系统的性能。
因此LNA的指标越来越严格，不仅要求有足够小的低噪声系数，还要求足够高的功率增益，较宽的带宽，在接收带宽内功率增益平坦度好。
该设计利用微波设计领域的ADS软件，结合低噪声放大器设计理论，利用S参数设计出结构简单紧凑，性能指标好的低噪声放大器。
低噪声放大器，它的噪声系数很低。
一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，以及高灵敏度电子探测设备的放大电路。
在放大微弱信号的场合，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此希望减小这种噪声，以提高输出的信噪比。
安捷伦公司的ATF54143是一种增强型伪高电子迁移率晶体管( E-pHEMT) , 不需要负栅极电压, 与耗尽型管相比较, 可以简化排版而且减少零件数, 该晶体管最显著的特点是低噪声, 并具有高增益、高线性度等特性, 他特别适用于工作频率范围在450MHz~6GHz 之间的蜂窝/ PCS/ WCDMA基站、无线本地环路、固定无线接入和其他高性能应用中的第一阶和第二阶前端低噪声放大器电路中。
2 低噪声放大器的主要技术指标2.1 工作频率与带宽放大器所能允许的工作频率与晶体管的特征频率Ft 有关，由晶体管小信号模型可知，减小偏置电流的结果是晶体管的特征频率降低。
在集成电路中，增大晶体管的面积使极间电容增加也降低了特性频率。
LNA 的带宽不仅是指功率增益满足平坦度要求的频带范围，而且还要求全频带内噪声要满足要求，并给出各频点的噪声系数。
动态范围的上限是受非线性指标限制，有时候要求更加严格些，则定义为放大器非线性特性达到指定三阶交调系数时的输入功率值。
2.2 噪声系数在电路某一特定点上的信号功率与噪声功率之比，称为信号噪声比，简称信噪比，用符号Ps/Pn(或S/N)表示。
放大器噪声系数是指放大器输入端信号噪声功率比Psi/Pni 与输出端信号噪声功率比Pso/Pno 得比值。
噪声系数的物理含义是：信号通过放大器之后，由于放大器产生噪声，使信噪比变坏；信噪比下降的倍数就是噪声系数。
影响放大器噪声系数的因素有很多，除了选用性能优良的元器件外，电路的拓扑结构是否合理也是非常重要的。
放大器的噪声系数和信号源的阻抗有关，而与负载阻抗无关。
当一个晶体管的源端所接的信号源的阻抗等于它所要求的最佳信号源阻抗时，由该晶体管构成的放大器的噪声系数最小。
实际应用中放大器的噪声系数可以表示为out out inin N S N S NF //2.3 增益根据线型网络输入、输出端阻抗的匹配情况，有三种放大器增益：工作功率增益GP(operating power gain) 、转换功率增益GT(transducer power gain)、资用功率增益GA（available power gain）。
低噪声放大器的增益要适中，太大会使下级混频器输入太大，产生失真。
但为了抑制后面各级的噪声对系统的影响，其增益又不能太小。
放大器的增益首先与管子跨导有关，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。
低噪声放大器大都是按照噪声最佳匹配进行设计的。
噪声最佳匹配点并非最大增益点，以此增益G 要下降。
噪声最佳匹配情况下的增益成为相关增益。
通常，相关增益比最大增益大约低2-4dB。
增益平坦度是指功率最大增益与最小增益之差，它用来描述工作频带内功率增益的起伏, 常用最高增益与最小增益之差，即△G(dB)表示。
2.4 放大器的稳定性放大器必须满足的首要条件之一是其在工作频段内的稳定性。
这一点对于射频电路是非常重要的，因为射频电路在某些工作频率和终端条件下有产生振荡的趋势。
考察电压波沿传输线的传输，可以理解这种振荡现象。
若传输线终端反射系数Γ0>1，则反射电压的幅度变大（正反馈）并导致不稳定的现象。
反之，若Γ0>1，将导致反射电压波的幅度变小（负反馈）。
当放大器的输入和输出端的反射系数的模都小于1,即Γin<1, Γout<1 时，不管源阻抗和负载阻抗如何，网络都是稳定的，称为绝对稳定；当输入端或输出端的反射系数的模大于1时，网络是不稳定的，称为条件稳定。
对条件稳定的放大器，其负载阻抗和源阻抗不能任意选择，而是有一定的范围，否则放大器不能稳定工作。
2.5 输入阻抗匹配低噪声放大器与其信号源的匹配是很重要的。
放大器与源的匹配有两种方式：一是以获得噪声系数最小为目的的噪声匹配，二是以获得最大功率传输和最小反射损耗为目的的共轭匹配。
2.6 端口驻波比和反射损耗低噪声放大器主要指标是噪声系数，所以输入匹配电路是按照噪声最佳来设计的，其结果会偏离驻波比最佳的共扼匹配状态，因此驻波比不会很好。
此外，由于微波场效应晶体或双极性晶体管，其增益特性大体上都是按每倍频程以6dB 规律随频率升高而下降，为了获得工作频带内平坦增益特性，在输入匹配电路和输出匹配电路都是无耗电抗性电路情况下，只能采用低频段失配的方法来压低增益，以保持带内增益平坦，因此端口驻波比必然是随着频率降低而升高。
3低噪声放大器的设计指标下面提出所设计的宽带低噪声放大器需要考虑的指标：(1)工作频带：2.4～2.5 GHz。
工作频带仅是指功率增益满足平坦度要求的频带范围，而且还要在全频带内使噪声系数满足要求。
(2)噪声系数：FN< 0.7 dB。
FN表示输入信噪比与输出信噪比的比值，在理想情况下放大器不引入噪声，输入/输出信噪比相等，FN=O dB。
较低的FN可以通过输入匹配到最佳噪声匹配点和调整晶体管的静态工作点获得。
由于是宽带放大器，难以获得较低的噪声系数，这就决定了系统的噪声系数会比较高。
(3)增益:13dB。
LNA应该有足够高的增益，这样可以抑制后面各级对系统噪声系数的影响，但其增益不宜太大;避免后面的混频器产生非线性失真。
(4)增益平坦度为O.2 dB。
指工作频带内增益的起伏，低噪放大器应该保持一个较为平坦的增益水平。
由于是宽带放大器，使得增益平坦度比较小，应该在高频段匹配电路，使频带低端失配，从而改善放大器的增益平坦度。
(5) 驻波比：输入驻波比和输出驻波比不超过1.5。
4设计方案4.1 直流分析及偏置电路的设计设计LAN的第一部是确定晶体管的直流工作点。
在ADS中设计直流偏置电路，执行菜单命令File-New Design，在打开的对话框中的Schematic Dsign Temple中选择DC_FET_T。
再在原理图中放置元件ATF54143，并将两者用导线连接。
ATF54143直流偏置如图4-1所示图4-1 ATF54143直流偏置电路再设置直流偏置电路的空间参数。
在ATF54143的datasheet中，如图4-2所可以看到ATF541423的V为0.4-0.7V。
gsATF54143直流偏置的仿真结果如图4-3所示。
从ATF54143的数据手册上可以看出噪声和Vgs和Igs的关系如图4-4所示，从而确定晶体管工作点。
图4-4 ATF54143 直流偏置曲线然后新建一个原理图，在该原理图中放置ATF54143和偏执晶体管控件，如图4-5所示。
图4-5 偏置电路原理图4.2稳定性分析放大器稳定性的判定条件如下：12122112222211>+--=S S D S S K (1) 21122111S S S -= (2) 21122221S S S -= (3)其中21122211S S S S D -=。
K 称为稳定性判别系数，K>1是稳定状态。
只有当3个条件都满足时，才能保证放大器是觉得稳定的。
新建原理图，添加各种元器件并设置相应参数后，原理图如图4-6所示图4-6 加入直流扼流和射频扼流的原理图另外，放大器的直流和交流通路之间要添加射频扼流电路，它实质上是一个无源低通电路，式直流偏执信号（低频信号）能传输到晶体管引脚，而晶体管的射频信号（频率很高，在本设计中是2,4GHz 的传输信号不要进入直流通路），实际上一般是一个电感，有时也会加一个旁路电容接地，在这里用扼流电感代替。
同时，直流偏置信号不能传到两端端口，需要加隔直电容。
通过仿真，我们可以得到最大增益和稳定系数K 与频率的关系，如图4-7所示。
图4-7 最大增益和稳定系数K与频率的曲线4.3匹配网络设计匹配网络的设计。
在增益15dB 的圆上选取尽量靠近最小噪声点的源反射系数作为输入匹配点，这样就获得了最佳噪声系数匹配条件，使放大器满足低噪声的要求的同时又能实现足够的增益。
图4-8 Smith圆图图4-8显示出m4是LAN有最大增益时的输入端阻抗，此时可获得增益约为16dB，m5是LAN有最小噪声系数时的输入端阻抗，此时可获得最小噪声指数为0.428dB。
但是这两点并不重合，设计师必须在增益和噪声指数之间做一个权衡和综合考虑。
经过简单计算得到Γout=0.4973∠-20.2254 ，输出端取共轭匹配，即ΓL=Γout*=0.4973∠20.2254，接下来开始进行输入输出匹配网络的设计。
设计匹配网络的方法很多，有图解法，计算机辅助设计法等。
ADS 提供了多种方便快捷的匹配网络设计工具，如无源电路的集总参数元件、微带单枝节、微带双枝节等多种智能元件，本文利用ADS 的smith 圆图综合工具很清晰方便的实现自动匹配网络设计。
其方法是在元件面板列表选择实用Simth 圆图工具Smith Chart Matching，然后在工具菜单栏中选择Smith Chart Utility 工具，输入负载反射系数后，就可以利用ADS 所提供的这种智能元件进行阻抗匹配设计，最后自动生成子网络。
图4-9输入输出匹配框图添加Smith圆图匹配工具DA_SmithCHartMatch，最终原理图如图4-10所示。