低噪声放大器课件.ppt

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1、第五章低噪声放大器通信与信息工程学院本章主要内容低噪声放大器概述低噪声放大器的性能指标晶体管高频等效电路低噪声放大器设计低噪声放大器实例本章学习重点和难点低噪声放大器是接收机的关键组成部分，在整个通信系统的射频前端设计中占据重要地位。本章重点讲解低噪声放大器的性能指标、基本结构和基本设计方法。低噪放的基本设计原理是本章的难点。5.1低噪声放大器概述低噪声放大器（low-noiseamplifier，简称LNA）是射频接收机前端的主要部分。要求具有最小的噪声系数、较大的增益、足够的动态范围、输入端良好匹配和一定的频

2、带选择等性能。低噪声放大器工作在A类，其导通角为360度。在进行小信号放大，基本可以做到线性放大，故经过放大后的信号线性失真很小。一、低噪声放大器简介二、低噪声放大器在通信射频前端的位置例：单次变频超外差式接收机由于天线接收输入信号通常很小,需要对其进行放大，但为了尽可能地少的引入噪声，故采用低噪声放大器对天线接收的微弱信号进行放大。⑵LNA所接受的信号是很微弱的，故它是一个信号线性放大器。⑶低噪声放大器的输入端必须与前接的天线滤波器或天线匹配。⑷低噪声放大器应具有一定的选频能力，因此它一般是频带放大器。三、低噪

3、声放大器的主要特点⑴LNA靠近接收机的最前端，要求它的噪声系数越小越好。5.2低噪声放大器的性能指标指标0.5μmGaAsFET0.8μmSiBipolar电源电压3.0V1.9V电源电流4.0mA2.0mA频率1.9GHZ1.9GHZ噪声系数NF2.8dB2.8dB增益Gain18.1dB9.5dBIIP3－11.1dBm－3dBmInputVSWR1.51.2OutputVSWR3.11.4隔离21dB21dB例：0.5umGaAsFET和0.8umSiBipolar工艺的低噪声放大器指标。从表中可以看出，低

4、噪声放大器的主要指标为：噪声系数线性范围增益输入输出阻抗的匹配输入输出的隔离功耗以上各项指标并不独立，是相互关联的，在设计中如何折中，兼须各项在指标，是设计的重点也是难点。（1）低功耗——移动通信的必然要求（2）工作频率——取决于晶体管的特征频率与工作点有关取决于半导体工艺低电源电压小的静态电流——跨导小（3）噪声系数双极晶体管线性网络：场效应管②双极晶体管放大器的噪声与基区体电阻有关①放大器的噪声与工作点有关——③放大器噪声系数与信号源内阻有关分析：（4）增益增益要适中增益大——可降低后级对系统噪声系数的影响增

5、益大——后级易产生非线性失真增益取决于跨导——由工作点决定负载LNA的负载形式LC谐振回路——Q值、谐振阻抗集中参数选频滤波器——注意阻抗匹配（5）自动增益控制根据接收信号的强弱自动控制增益信号弱，增益大信号强，增益小，以防后级非线性失真（6）输入阻抗匹配放大器与输入源的匹配最大功率传输——共轭匹配噪声系数最小——噪声匹配匹配方式a.共源组态输入阻抗很大并联电阻等于信号源内阻b.共栅组态输入阻抗改变达匹配c.电阻负反馈改变输入阻抗d.电感负反馈改变输入阻抗（7）线性范围衡量指标：三阶互调截点IIP3、增益1dB压

6、缩点讨论放大器的线性范围时应注意的三个问题：1）线性范围和器件有关，场效应管由于是平方率特性，因此它的线性要比双极型好。2）线性范围和电路结构有关。3）输入端的阻抗匹配网络也会影响LNA的线性范围。（8）隔离度和稳定性增大低噪声放大器的反向隔离可以减少本振信号从混频器向天线泄露程度，以增强放大器的稳定性。引起反向传输的原因在于晶体管的集电极和基极间的级间电容以及电路中寄生参数的影响，它们也是造成放大器不稳定的原因。通常采用中和电容法及晶体管共射共基（或共源共栅）结构提高稳定性。5.3晶体管高频等效电路一、射频集成

7、电路工艺现代移动通信的发展要求低成本，低功耗，高集成的集成电路，为了实现射频集成，选择合适的工艺技术很重要。目前常用的射频集成电路工艺有：双极（bipolar）、GaAs和CMOS工艺。1）双极工艺：纯双极（purebipolar）--BJT,BiCMOS和SiGeHBT（异质结双极管）与CMOS相比，双极晶体管有两个优点：①相同的偏置电流下，跨导大，可使放大器在较小的功耗下获得大增益。②有较高的增益带宽积，可以提高放大器在较小的功耗下获得大增益。工艺技术截止频率(GHZ)Bipolar25–50BiCMOS10

8、–20SiGeHBT40-802）GaAs工艺GaAs是一种化合半导体材料，性能未定，工艺成熟，它的最高频率可达到50-100GHz。3）CMOS工艺CMOS器件噪声低，线性度好，可将通信系统的射频和几道数字电路集成在一块芯片上，是移动通信集成电路的发展方向。二、晶体管高频等效模型在利用晶体管进行放大器、振荡器混频器等单元基础电路设计时，都需要晶体管的电路模型作为指导，因