低噪聲放大器設(shè)計(jì)的主要功能是放大小功率信號。在電子麥克風(fēng)中，消息可以是電壓或電流，可變的寫入時間。與所有放大器一樣，低噪聲放大器也是一個二端口電路。它消耗電能來增強(qiáng)輸入信號的幅度。它導(dǎo)致更高的比例輸出信號。

本文討論了 LNA 設(shè)計(jì)中需要牢記的十個實(shí)際注意事項(xiàng)。

低噪聲放大器設(shè)計(jì)——低噪聲系數(shù)提供更好的 LNA 性能。

低噪聲放大器是多種設(shè)備中的重要組件。其中一些是無線電通信、醫(yī)療儀器和電子測試機(jī)。

典型的低噪聲放大器可提供 100（+20 分貝）的功率增益。同時，它可以將信噪比降低高達(dá) 3 dB（小于 2 倍）。遠(yuǎn)高于本底噪聲水平的信號會導(dǎo)致互調(diào)失真。

信號鏈組件會降低 信噪比 （SNR），噪聲系數(shù)就是指這種降低。它是一個定義放大器性能的數(shù)值。較低的噪聲系數(shù)值意味著來自低噪聲放大器的結(jié)果更好。在分貝方面，噪聲系數(shù)與噪聲因子相同。

低噪聲放大器設(shè)計(jì)——您需要三個參數(shù)來計(jì)算放大器功率增益。

放大器電路中的一個顯著特征比單位功率增益更重要。簡單來說，放大器的增益是其輸出功率與輸入功率之比。低噪聲放大器 (LNA) 減少了額外的噪聲——這是使用揚(yáng)聲器的副作用。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員需要在他們的 PCB/電路設(shè)計(jì)中考慮一些因素。其中一些包括選擇低噪聲組件和阻抗匹配。

為了計(jì)算放大器功率增益，您將需要 3 個參數(shù)的值。參數(shù)是：

1. 換能器功率增益

它指出了放大器的好處，而不是使用源直接驅(qū)動相同的負(fù)載。低噪聲放大器通常與原因共軛匹配。換能器功率增益則與操作功率增益相同。

2. 工作功率增益

在雙端口網(wǎng)絡(luò)中，功率耗散到負(fù)載中。這種耗散功率與輸入功率的比值就是工作功率增益。

3. 最大可用功率/增益 (MAG)

PLM= 負(fù)載（輸出）時的最高可用平均功率。

PSM= 源頭可用的最高功率。

MAG 是 PLM 和 PSM 的比率。

這些參數(shù)的值取決于許多因素，例如負(fù)載、輸入、輸出和源。還需要反射系數(shù)和 S 參數(shù)來導(dǎo)出上述值。

傳輸線背景

傳輸線是一種可以遠(yuǎn)距離傳輸信號的導(dǎo)電介質(zhì)。損失或失真最小（通常可以忽略不計(jì)）。

考慮負(fù)載阻抗 ZL 和源阻抗 ZS。電壓（或功率）是入射波和反射波的總和。它們沿傳輸特性阻抗線 (Z0) 以相反的方向行進(jìn)。

如果 ZL 不等于 Z0，負(fù)載會向源反射一些入射波。該過程在無損傳輸線中作為無限循環(huán)進(jìn)行。

完美阻抗匹配情況下的反射系數(shù)為零

反射系數(shù)是入射波與反射波的比值。當(dāng)負(fù)載阻抗等于特征阻抗時，考慮為零。它是一個復(fù)數(shù)，具有極坐標(biāo)形式的大小和角度。

如果兩個阻抗之間的差異很大，我們可以預(yù)期會有很大程度的反射。反射與低噪聲放大器中的反射系數(shù)成正比。

射頻網(wǎng)絡(luò)中的各個反射系數(shù)

源反射系數(shù)和負(fù)載反射系數(shù)是射頻網(wǎng)絡(luò)中使用的術(shù)語。它們與低噪聲放大器的源阻抗和負(fù)載阻抗相同 。

在波流圖中，您可以表示入射波和反射波。使用網(wǎng)絡(luò)變量內(nèi)的線性關(guān)系繪制流圖。它確保快速構(gòu)建 2 個網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)之間的傳遞函數(shù)。

流圖中的節(jié)點(diǎn)代表不同的變量。自變量通過不同的路徑與依賴變量聯(lián)系起來。增益值附加在路徑函數(shù)上，它與相關(guān)變量的反射系數(shù)有關(guān)。

您可以通過其 S 參數(shù)對 LNA 進(jìn)行分類

S 參數(shù)或散射參數(shù)在低噪聲放大器設(shè)計(jì)中是必不可少的。它們描述了電信號作用下的線性網(wǎng)絡(luò)特性。

匹配負(fù)載以研究 S 參數(shù)而聞名。主要原因是易于使用高信號頻率。現(xiàn)代矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀計(jì)算波相量的幅度和相位。

您可以使用 S 參數(shù)表示多個板載組件的電氣特性。組件可能包括：

1. 電阻

2.電感

3.電容器

參數(shù)可以顯示增益、回波損耗、VSWR、反射系數(shù)或穩(wěn)定性等特性。掌握矩陣代數(shù)對于理解 S 參數(shù)至關(guān)重要。參數(shù)遵循這些代數(shù)定律。

使用 MAG 作為 2 端口 LNA 的初步篩選標(biāo)準(zhǔn)。

MAG 表示您可以從設(shè)備獲得的最高理論功率增益。源和阻抗負(fù)載是共軛匹配的。MAG 是 2 端口射頻放大器的基本屬性。反向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納為零。對于正確的定義，請看上面。

在雙端口網(wǎng)絡(luò)中，MAG 可以顯示低噪聲放大器的可用增益水平。這樣，我們就可以評估 LNA 是否適合該任務(wù)。這也是為什么 MAG 是 RF、LNA 和微波網(wǎng)絡(luò)的主要篩選標(biāo)準(zhǔn)的原因。

更多傳感器增益

RF 放大器設(shè)計(jì)中最常見的增益項(xiàng)是換能器增益。根據(jù)定義，從電源到負(fù)載的輸出功率與最高電源功率之間的比率。換能器增益包括幾個組成部分：

1.我們可以輸入輸出阻抗匹配的結(jié)果。

2. LNA 導(dǎo)致的總放大器增益。

該參數(shù)的作用之一是將以下電路矩陣縮減為 2×2。這種矩陣約簡有助于測量和計(jì)算，電路元件之間的電阻損耗會在整個過程中發(fā)生。在計(jì)算換能器增益時忽略它們。

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穩(wěn)定性是首要考慮因素

在 LNA 設(shè)計(jì)過程中，穩(wěn)定性或抗振蕩性是一個重要的考慮因素。一些參數(shù)可用于確定低噪聲放大器的穩(wěn)定性。它們包括 S 參數(shù)、匹配網(wǎng)絡(luò)和終端。

三種現(xiàn)象是造成放大器不穩(wěn)定的原因。他們是：

1. 晶體管內(nèi)部反饋。

2. 原因可能是外接電路，外接三極管輸入。

3. 在必要的操作頻帶之外的不必要的增益。

如果您使用給定的 S 參數(shù)計(jì)算 Rollett 的穩(wěn)定性因子 ( K )會有所幫助。矩陣行列式與穩(wěn)定性因子一起可以確定穩(wěn)定性。只有當(dāng)K 大于 1時，放大器才穩(wěn)定 。此外，行列式值不得超過 1。

低噪聲放大器設(shè)計(jì)——更合適的阻抗值

史密斯圓圖是設(shè)計(jì)匹配阻抗網(wǎng)絡(luò)所必需的。傳輸線使用微帶線改變阻抗特性，這些線具有不同的特性阻抗。它們還可以轉(zhuǎn)換任何電阻器的值。

有兩種類型的匹配網(wǎng)絡(luò)：

1. 輸入匹配網(wǎng)絡(luò)：這些對于減少噪聲影響很有用。它匹配晶體管輸入到源。這樣，我們可以獲得盡可能接近最小噪聲的噪聲系數(shù)。

2. 輸出匹配網(wǎng)絡(luò)：該網(wǎng)絡(luò)將晶體管輸出與負(fù)載匹配。因此，該系統(tǒng)提供了最高的潛在增益最大化功率。

概括

我們希望上述指南有用。這些考慮對于正確設(shè)計(jì)低噪聲放大器是必要的。

具有較低噪聲系數(shù)的輸入信號將通過 LNA 獲得更好的放大。遠(yuǎn)高于本底噪聲的信號將面臨互調(diào)失真。傳感器功率增益、操作增益、MAG 是找到放大器增益所必需的。其余重要的是 S 參數(shù)、穩(wěn)定性和反射系數(shù)。不同的阻抗值會導(dǎo)致波反射。當(dāng)阻抗匹配時，反射系數(shù)為 0。

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