低噪声放大器设计含仿真.pdf

发布时间：2022-06-13 发布人：admin 分类：说明书资料大小：2.51M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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Institute of RF- & OE-ICs Southeast University 第七章低噪声放大器  概述  LNA的功能和指标  LNA的设计考虑  LNA噪声系数  LNA结构  CMOS最小噪声系数  噪声优化方法第七章东南大学射光所李智群 1

Institute of RF- & OE-ICs Southeast University 概述 » 接收机第一级放大器 » 应有很低的噪声 » 提供足够增益，抑制后续电路噪声 » 应有良好线性度 » LNA的设计不只是对某一个指标的优化，而是要在多个指标中进行折中，包括增益、噪声系数、输入匹配、线性度和功耗等。 50 W系统中信号幅度与功率的对应关系电压幅度功率(mW) 功率(dBm) 1 V 0.316 V 0.1 V 10 mV 1 mV 10 1 0.1 10-9 10-11 10 0 -10 -90 -110 第七章东南大学射光所李智群 2

Institute of RF- & OE-ICs Southeast University LNA的功能和指标  LNA的功能 ‒ 放大输入端的微弱信号，是接收机中的第一级有源电路，位于接收机的前端，其噪声、非线性、匹配等性能对整个接收机至关重要。 ‒ LNA的输入和输出端的滤波器作用：用来抑制带外干扰，在超外差接收机中它们应具有抑制镜像的功能。第七章东南大学射光所李智群 3 LNA

Institute of RF- & OE-ICs Southeast University LNA的功能和指标  LNA的主要指标 1) 噪声系数(F) 取决于系统要求，可以从1dB以下到几个dB，噪声系数与放大器的工作频率、静态工作点及工艺有关，是低噪声放大器最为关键的指标。 2) 增益(S21) 较大的增益有助于减小低噪声放大器后级电路噪声对接收机的影响，但增益过大将会引起线性度的恶化。因此，低噪声放大器的增益应适中，一般在 25dB以下。 3) 输入输出匹配(S11, S22) 输入输出匹配决定输入输出端的射频滤波器的频响 4) 反向隔离(S12) 反映输出端与输入端的隔离度，隔离度越大越好。 5) 线性度(IP3，P1dB) 线性度包括输入 / 输出三阶截点 (IIP3/OIP3) 和输入 / 输出 1dB 压缩点 (IP1dB/OP1dB)等指标。第七章东南大学射光所李智群 4

Institute of RF- & OE-ICs Southeast University 设计考虑  噪声系数与输入灵敏度由于LNA是接收机第一级有源电路，其噪声系数将直接相加在系统的噪声系数上。 NF1=2dB NF2=2dB 总噪声系数为 NFtot=NF1+NF2=4dB 若在200kHz的带宽(B)下系统所需的信噪比(SNR)为8dB，则输入灵敏度为第七章东南大学射光所李智群 5 LNA3(dBm)174dBm/Hz10lg174410lg(20010)8109dBminPFBSNR

Institute of RF- & OE-ICs Southeast University 设计考虑 » 假设LNA采用共发射极结构 Q1 等效输入噪声电压的均方值可以表示为若忽略放大器的等效输入噪声电流，则噪声系数表示为其中对于50Ω系统，为了保证NF不大于2dB，Req应不大于29Ω。为此，Q1尺寸应足够大并偏置在较大的电流下。实际中Req的值应小于29W 。第七章东南大学射光所李智群 6 无噪网络214()4()22TnbbmCVvkTrfkTrfgI22()11144eqnnSnSSSRviRvFkTRkTRR2TeqbCVRrI+-VinRS

Institute of RF- & OE-ICs Southeast University 设计考虑  线性度与动态范围若LNA的输入三阶节点IIP3 = -10dBm，噪声系数F = 2dB，SNRmin = 12dB，计算无杂散动态范围SFDR。解：其中得第七章东南大学射光所李智群 7 3min2()3floorSFDRIIPNSNRfloor5174dBm10lg174210lg(210)119dBmNFB3floormin2()32(10119)12361dBSFDRIIPNSNR

Institute of RF- & OE-ICs Southeast University 设计考虑  增益 » 超外差结构中的LNA增益选取与三个参数有关：镜像抑制滤波器的损耗、混频器的噪声系数和IIP3。 » 需要在噪声系数和线性度之间进行折中。  LNA接口 » 若将LNA当成电压放大器，则希望LNA的输入阻抗为无穷大，以便在 LNA输入端获得最大电压。 » 若从最小噪声角度来看，则需要在LNA输入端进行阻抗变换，以便获得最小噪声系数。 » 若从最大功率传输角度看，则需要在天线与LNA之间进行共轭匹配，以便从天线获得最大信号功率。最大功率传输是当今系统中采用的主要方法， LNA的输入阻抗被设计为50W。第七章东南大学射光所李智群 8

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