低噪聲放大(da)器(qi)設(she)計(ji)的(de)主(zhu)要(yao)功(gong)能是放大(da)小(xiao)功(gong)率(lv)信號(hao)。在電(dian)子麥(mai)克(ke)風(feng)中(zhong)，消息(xi)可以是電壓或電(dian)流，可變(bian)的(de)寫(xie)入時間(jian)。與所有放(fang)大(da)器壹(yi)樣(yang)，低(di)噪聲放大(da)器(qi)也是壹個二端(duan)口電路。它消耗電能來(lai)增(zeng)強輸入(ru)信(xin)號(hao)的(de)幅(fu)度。它(ta)導(dao)致更(geng)高的(de)比(bi)例輸出信號(hao)。

本文(wen)討論了(le) LNA 設(she)計(ji)中需(xu)要牢(lao)記的(de)十個實(shi)際(ji)註意(yi)事(shi)項。

低噪聲放大(da)器(qi)設(she)計(ji)——低噪聲系數(shu)提供(gong)更好(hao)的(de) LNA 性(xing)能。

低(di)噪聲放大(da)器(qi)是多種設(she)備中的(de)重(zhong)要(yao)組件。其中壹些(xie)是無(wu)線電通(tong)信、醫療(liao)儀器和(he)電子測(ce)試(shi)機(ji)。

典(dian)型(xing)的(de)低(di)噪聲放大(da)器(qi)可(ke)提供(gong) 100（+20 分貝(bei)）的(de)功(gong)率(lv)增益。同(tong)時，它可以將信噪比(bi)降低(di)高達 3 dB（小(xiao)於 2 倍）。遠(yuan)高(gao)於本底噪聲水平(ping)的(de)信(xin)號(hao)會(hui)導致(zhi)互調(tiao)失真。

信(xin)號(hao)鏈(lian)組件會(hui)降低(di) 信噪比(bi) （SNR），噪聲系數(shu)就(jiu)是指這(zhe)種降低(di)。它是壹個定義(yi)放(fang)大器(qi)性(xing)能的(de)數(shu)值(zhi)。較(jiao)低的(de)噪聲系數(shu)值(zhi)意(yi)味(wei)著(zhe)來自低噪聲放大(da)器(qi)的(de)結果(guo)更(geng)好(hao)。在分貝(bei)方面，噪聲系數(shu)與噪聲因子(zi)相(xiang)同(tong)。

低噪聲放大(da)器(qi)設(she)計(ji)——您需(xu)要(yao)三(san)個參數(shu)來計(ji)算放大(da)器功(gong)率(lv)增益。

放大(da)器(qi)電(dian)路中的(de)壹(yi)個顯(xian)著(zhe)特征(zheng)比(bi)單(dan)位功(gong)率(lv)增益更重(zhong)要(yao)。簡(jian)單來(lai)說，放(fang)大(da)器(qi)的(de)增(zeng)益(yi)是其輸(shu)出功(gong)率(lv)與輸(shu)入(ru)功(gong)率(lv)之(zhi)比(bi)。低(di)噪聲放大(da)器(qi) (LNA) 減(jian)少了(le)額外的(de)噪聲——這(zhe)是使(shi)用揚(yang)聲器的(de)副作(zuo)用。為(wei)了(le)實(shi)現(xian)這(zhe)壹點(dian)，設(she)計(ji)人員(yuan)需(xu)要在(zai)他們(men)的(de) PCB/電(dian)路設(she)計(ji)中考(kao)慮壹(yi)些因素。其(qi)中(zhong)壹(yi)些包括(kuo)選擇低(di)噪聲組件和(he)阻抗匹(pi)配(pei)。

為了(le)計(ji)算放大(da)器功(gong)率(lv)增益，您將(jiang)需(xu)要 3 個參數(shu)的(de)值(zhi)。參數(shu)是：

1. 換能器(qi)功(gong)率(lv)增益

它指出了(le)放(fang)大器的(de)好(hao)處(chu)，而不(bu)是使(shi)用源(yuan)直(zhi)接(jie)驅動(dong)相(xiang)同(tong)的(de)負(fu)載(zai)。低(di)噪聲放大(da)器(qi)通(tong)常與原(yuan)因(yin)共(gong)軛匹(pi)配(pei)。換能器(qi)功(gong)率(lv)增益則與操作(zuo)功(gong)率(lv)增益相同(tong)。

2. 工作(zuo)功(gong)率(lv)增益

在雙端(duan)口網絡(luo)中(zhong)，功(gong)率(lv)耗散(san)到負(fu)載(zai)中(zhong)。這(zhe)種耗散(san)功(gong)率(lv)與輸(shu)入(ru)功(gong)率(lv)的(de)比(bi)值(zhi)就(jiu)是工作(zuo)功(gong)率(lv)增益。

3. 最大(da)可(ke)用功(gong)率(lv)/增益 (MAG)

PLM= 負載(zai)（輸(shu)出）時的(de)最(zui)高(gao)可用平(ping)均(jun)功(gong)率(lv)。

PSM= 源(yuan)頭(tou)可用的(de)最(zui)高(gao)功(gong)率(lv)。

MAG 是 PLM 和(he) PSM 的(de)比(bi)率(lv)。

這(zhe)些參數(shu)的(de)值(zhi)取(qu)決(jue)於許多因素，例如負載(zai)、輸(shu)入、輸(shu)出和(he)源(yuan)。還(hai)需要(yao)反(fan)射(she)系(xi)數(shu)和(he) S 參數(shu)來導(dao)出上(shang)述(shu)值(zhi)。

傳(chuan)輸(shu)線(xian)背(bei)景

傳(chuan)輸(shu)線(xian)是壹種可(ke)以遠距離(li)傳(chuan)輸(shu)信(xin)號(hao)的(de)導(dao)電(dian)介(jie)質(zhi)。損(sun)失或失真最(zui)小(xiao)（通(tong)常可(ke)以忽略不(bu)計(ji)）。

考慮負(fu)載(zai)阻抗 ZL 和(he)源(yuan)阻抗 ZS。電壓（或功(gong)率(lv)）是入射(she)波和(he)反射(she)波的(de)總(zong)和(he)。它們(men)沿(yan)傳(chuan)輸(shu)特(te)性(xing)阻抗線 (Z0) 以相反的(de)方(fang)向(xiang)行進。

如(ru)果(guo) ZL 不(bu)等於 Z0，負載(zai)會(hui)向源(yuan)反(fan)射(she)壹(yi)些(xie)入(ru)射(she)波。該過程在(zai)無(wu)損(sun)傳(chuan)輸(shu)線(xian)中(zhong)作(zuo)為無(wu)限(xian)循(xun)環進(jin)行(xing)。

完(wan)美阻抗匹(pi)配(pei)情況下(xia)的(de)反(fan)射(she)系(xi)數(shu)為(wei)零(ling)

反射(she)系(xi)數(shu)是入射(she)波與反(fan)射(she)波的(de)比(bi)值(zhi)。當(dang)負(fu)載(zai)阻抗等於特征(zheng)阻抗時，考慮為(wei)零。它是壹個復數，具(ju)有極(ji)坐(zuo)標形(xing)式(shi)的(de)大(da)小(xiao)和(he)角(jiao)度。

如(ru)果(guo)兩個阻抗之(zhi)間(jian)的(de)差(cha)異很大，我(wo)們(men)可(ke)以預(yu)期會(hui)有很大程度的(de)反(fan)射(she)。反(fan)射(she)與低(di)噪聲放大(da)器(qi)中(zhong)的(de)反(fan)射(she)系(xi)數(shu)成正(zheng)比(bi)。

射(she)頻(pin)網絡(luo)中(zhong)的(de)各(ge)個反射(she)系(xi)數(shu)

源(yuan)反(fan)射(she)系(xi)數(shu)和(he)負載(zai)反(fan)射(she)系(xi)數(shu)是射(she)頻(pin)網絡(luo)中(zhong)使(shi)用的(de)術(shu)語(yu)。它們(men)與低(di)噪聲放大(da)器(qi)的(de)源(yuan)阻抗和(he)負載(zai)阻抗相同(tong) 。

在波流圖中(zhong)，您可(ke)以表示(shi)入(ru)射(she)波和(he)反射(she)波。使(shi)用網絡(luo)變(bian)量(liang)內的(de)線(xian)性(xing)關(guan)系繪(hui)制(zhi)流圖。它(ta)確保(bao)快(kuai)速構建 2 個網絡(luo)點(dian)之(zhi)間(jian)的(de)傳(chuan)遞函數(shu)。

流圖中(zhong)的(de)節(jie)點(dian)代表不(bu)同(tong)的(de)變(bian)量(liang)。自變(bian)量(liang)通(tong)過不(bu)同(tong)的(de)路徑與依(yi)賴變(bian)量(liang)聯(lian)系(xi)起(qi)來。增(zeng)益值(zhi)附加(jia)在(zai)路徑函數(shu)上(shang)，它(ta)與相(xiang)關(guan)變(bian)量(liang)的(de)反(fan)射(she)系(xi)數(shu)有關(guan)。

您可(ke)以通(tong)過其 S 參數(shu)對 LNA 進(jin)行分類

S 參數(shu)或散(san)射(she)參數(shu)在低(di)噪聲放大(da)器(qi)設(she)計(ji)中是必(bi)不(bu)可少的(de)。它(ta)們(men)描述(shu)了(le)電(dian)信號(hao)作(zuo)用下(xia)的(de)線(xian)性(xing)網絡(luo)特(te)性(xing)。

匹(pi)配(pei)負載(zai)以研(yan)究 S 參數(shu)而聞(wen)名。主(zhu)要原(yuan)因(yin)是易於使(shi)用高(gao)信(xin)號(hao)頻(pin)率。現(xian)代矢量(liang)網絡(luo)分(fen)析儀(yi)計(ji)算波相量(liang)的(de)幅(fu)度和(he)相位。

您可(ke)以使(shi)用 S 參數(shu)表示(shi)多(duo)個板(ban)載(zai)組件的(de)電(dian)氣特性(xing)。組件可能包(bao)括(kuo)：

1. 電(dian)阻

2.電感(gan)

3.電(dian)容(rong)器

參數(shu)可以顯(xian)示(shi)增(zeng)益、回波損(sun)耗、VSWR、反射(she)系(xi)數(shu)或(huo)穩(wen)定性(xing)等特性(xing)。掌(zhang)握矩(ju)陣代(dai)數(shu)對於理解 S 參數(shu)至(zhi)關(guan)重要(yao)。參數(shu)遵循(xun)這(zhe)些代(dai)數定律。

使(shi)用 MAG 作(zuo)為 2 端(duan)口 LNA 的(de)初(chu)步(bu)篩(shai)選標準(zhun)。

MAG 表(biao)示(shi)您可(ke)以從設(she)備獲得的(de)最(zui)高(gao)理論功(gong)率(lv)增益。源(yuan)和(he)阻抗負載(zai)是共軛匹(pi)配(pei)的(de)。MAG 是 2 端(duan)口射(she)頻(pin)放大(da)器(qi)的(de)基本(ben)屬(shu)性(xing)。反向(xiang)轉移導(dao)納為零(ling)。對(dui)於正確(que)的(de)定義(yi)，請(qing)看上(shang)面(mian)。

在(zai)雙端(duan)口網絡(luo)中(zhong)，MAG 可以顯(xian)示(shi)低(di)噪聲放大(da)器(qi)的(de)可(ke)用增(zeng)益(yi)水平(ping)。這(zhe)樣(yang)，我(wo)們(men)就(jiu)可以評估 LNA 是否(fou)適(shi)合(he)該任(ren)務。這(zhe)也是為什(shen)麽(me) MAG 是 RF、LNA 和(he)微波網絡(luo)的(de)主(zhu)要(yao)篩(shai)選標準(zhun)的(de)原(yuan)因(yin)。

更多傳(chuan)感(gan)器(qi)增益

RF 放大(da)器(qi)設(she)計(ji)中最(zui)常見(jian)的(de)增(zeng)益(yi)項是換能器(qi)增(zeng)益。根(gen)據(ju)定義(yi)，從電(dian)源(yuan)到負(fu)載(zai)的(de)輸(shu)出功(gong)率(lv)與最(zui)高(gao)電(dian)源(yuan)功(gong)率(lv)之(zhi)間(jian)的(de)比(bi)率(lv)。換能器(qi)增(zeng)益包括(kuo)幾(ji)個組成部(bu)分(fen)：

1.我(wo)們(men)可(ke)以輸入輸(shu)出阻抗匹(pi)配(pei)的(de)結果(guo)。

2. LNA 導(dao)致的(de)總(zong)放(fang)大器增(zeng)益(yi)。

該參數(shu)的(de)作(zuo)用之(zhi)壹(yi)是將以下電路矩(ju)陣縮(suo)減(jian)為 2×2。這(zhe)種矩(ju)陣約簡有助(zhu)於測量(liang)和(he)計(ji)算，電路元件之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)阻損(sun)耗會(hui)在整(zheng)個過程中(zhong)發生(sheng)。在(zai)計(ji)算換能器(qi)增(zeng)益時忽略它們(men)。

低(di)噪聲放大(da)器(qi)設(she)計(ji)低噪聲放大(da)器(qi)設(she)計(ji)低噪聲放大(da)器(qi)設(she)計(ji)低噪聲放大(da)器(qi)設(she)計(ji)

穩(wen)定性(xing)是首要(yao)考(kao)慮因(yin)素

在(zai) LNA 設(she)計(ji)過程中(zhong)，穩(wen)定性(xing)或抗振蕩性(xing)是壹個重要的(de)考(kao)慮因(yin)素。壹(yi)些(xie)參數(shu)可用於確定低(di)噪聲放大(da)器(qi)的(de)穩(wen)定性(xing)。它們(men)包(bao)括(kuo) S 參數(shu)、匹(pi)配(pei)網絡(luo)和(he)終(zhong)端(duan)。

三(san)種現(xian)象是造(zao)成放(fang)大(da)器不(bu)穩(wen)定的(de)原(yuan)因(yin)。他們(men)是：

1. 晶體(ti)管內部(bu)反饋(kui)。

2. 原(yuan)因(yin)可(ke)能是外接電路，外接三(san)極(ji)管輸入。

3. 在必(bi)要的(de)操作(zuo)頻(pin)帶(dai)之(zhi)外的(de)不(bu)必(bi)要的(de)增(zeng)益(yi)。

如果您使(shi)用給(gei)定的(de) S 參數(shu)計(ji)算 Rollett 的(de)穩(wen)定性(xing)因子(zi) ( K )會(hui)有所幫(bang)助(zhu)。矩(ju)陣行(xing)列(lie)式與穩(wen)定性(xing)因子(zi)壹(yi)起(qi)可以確定穩(wen)定性(xing)。只有當(dang)K 大(da)於 1時，放大器(qi)才(cai)穩(wen)定 。此(ci)外，行列式值(zhi)不(bu)得超過 1。

低噪聲放大(da)器(qi)設(she)計(ji)——更合(he)適的(de)阻抗值(zhi)

史(shi)密(mi)斯圓(yuan)圖是設(she)計(ji)匹(pi)配(pei)阻抗網絡(luo)所必(bi)需的(de)。傳(chuan)輸(shu)線(xian)使(shi)用微(wei)帶(dai)線(xian)改變(bian)阻抗特性(xing)，這(zhe)些線(xian)具有不(bu)同(tong)的(de)特(te)性(xing)阻抗。它們(men)還(hai)可以轉換任何(he)電(dian)阻器的(de)值(zhi)。

有兩(liang)種類(lei)型(xing)的(de)匹(pi)配(pei)網絡(luo)：

1. 輸(shu)入匹(pi)配(pei)網絡(luo)：這(zhe)些對(dui)於減(jian)少噪聲影響(xiang)很有用。它(ta)匹(pi)配(pei)晶體(ti)管輸入到源(yuan)。這(zhe)樣(yang)，我(wo)們(men)可(ke)以獲得盡(jin)可(ke)能接(jie)近(jin)最小(xiao)噪聲的(de)噪聲系數(shu)。

2. 輸(shu)出匹(pi)配(pei)網絡(luo)：該網絡(luo)將(jiang)晶體(ti)管輸出與負(fu)載(zai)匹(pi)配(pei)。因此(ci)，該系(xi)統提供(gong)了(le)最(zui)高的(de)潛(qian)在(zai)增益最(zui)大(da)化功(gong)率(lv)。

概括(kuo)

我(wo)們(men)希(xi)望(wang)上(shang)述(shu)指南有用。這(zhe)些考(kao)慮對(dui)於正確(que)設(she)計(ji)低噪聲放大(da)器(qi)是必(bi)要的(de)。

具(ju)有較(jiao)低噪聲系數(shu)的(de)輸(shu)入(ru)信號(hao)將通(tong)過 LNA 獲得更(geng)好(hao)的(de)放(fang)大(da)。遠高於本底噪聲的(de)信(xin)號(hao)將面(mian)臨互調(tiao)失真。傳(chuan)感(gan)器(qi)功(gong)率(lv)增益、操作(zuo)增益(yi)、MAG 是找到放(fang)大器增(zeng)益所必(bi)需的(de)。其(qi)余重要(yao)的(de)是 S 參數(shu)、穩(wen)定性(xing)和(he)反射(she)系(xi)數(shu)。不(bu)同(tong)的(de)阻抗值(zhi)會(hui)導致(zhi)波反射(she)。當(dang)阻抗匹(pi)配(pei)時，反射(she)系(xi)數(shu)為(wei) 0。

專(zhuan)家建議依(yi)靠(kao)壹家可靠(kao)的(de)公(gong)司(si)來制(zhi)作(zuo)您的(de)定制(zhi)PCB設(she)計(ji)。在聯(lian)系(xi)我(wo)們(men)以估算您的(de)定制(zhi)設(she)計(ji) PCB。