02低噪声放大器

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1、第2章低噪声放大器《通信电子线路》(第2版)1第2章低噪声放大器2．1引言2．2晶体管高频小信号模型2．3LNA主要指标2．4单管低噪声放大器2．5集成宽带低噪声放大器2．6LNA的噪声匹配2．7LNA设计举例2第2章低噪声放大器2．1引言•低噪声放大器在接收通道中的作用与位置图2.1.1某CDMA移动台射频前端收发系统结构框图3第2章低噪声放大器2．1引言•LNA的主要特点1、要求LNA有较低的噪声系数。2、要求LNA有一定的功率增益。3、要求LNA具有足够的线性范围。4、LNA的匹配问题4第2章低噪声放大器

2、2．2晶体管高频小信号模型•双极型晶体管共射小信号等效模型主要参数：发射结的结电阻r、发射结电容C、集电结电容Cb’eb’eb’c基极电阻r、gU、特征频率f.bb’mb’eT5第2章低噪声放大器2．2晶体管高频小信号模型2．2．１双极型晶体管共射小信号等效模型主要参数：•r为发射结的结电阻，其值为：b’eUTr'=(1+β)r=(1+β)beeIEQ•C为发射结电容，包含势垒电容C和扩散电容b’eTC两部份，C=C+CDb’eTD•C为集电结电容，它也包含势垒电容C和扩散b’cT电容C两部份D6第2章低噪声放

3、大器2．2晶体管高频小信号模型2．2．１双极型晶体管共射小信号等效模型主要参数：•r由基极引线电阻和基区体电阻组成，其值约bb’为几十到几百欧。•gU表示双极型晶体管放大作用的等效电流源。mb’e∂iβICEg==≈m∂Ur26mVBEQbe•特征频率f，定义为共射输出短路电流放大倍数βT下降为1时的频率ggmmf=≈T2π(C'+C')2πC'bebcbe7第2章低噪声放大器2．2晶体管高频小信号模型2．2．2场效应管小信号模型主要参数：跨导g、输出电阻r、栅源极间和栅漏极间电容mdsC和C、漏源极间电容C、

4、最高工作频率fgsgddsm8第2章低噪声放大器2．2晶体管高频小信号模型2．2．2场效应管小信号模型主要参数：•跨导gmμCWμCWoxoxg≈(U−U)≈2ImGSQGS(th)DQl2lµ为迁移率，通常为常数。C为单位面积的栅极电ox容量，l为沟道长度，W为沟道宽度。•输出电阻rds11r=≈dsgλIdsDQλ=−1/U称为沟道长度调制系数，U为厄尔利电压AA9第2章低噪声放大器2．2晶体管高频小信号模型2．2．2场效应管小信号模型主要参数：•栅源极间和栅漏极间电容C和CgsgdC和C主要由MOS平板电

5、容组成，工程中可以用gsgd下式近似估算21C=CWl,C=CWlgsoxgdox33•漏源极间电容C主要由漏、源区分别与衬底ds，之间PN结的势垒电容组成，通常为0.1~1pF左右。•最高工作频率fmggmmf=≈m2π(C+C)2πCgsgdgs10第2章低噪声放大器2．3LNA主要指标工艺0.5µm0.8µmSiGeGaAsFETSiBipolar电源电压（V）3.01.92.7-5.5电源电流（mA）4.02.03.5工作频率（GHz）1.91.91.4-2.5噪声系数NF(dB)2.82.81.3增益

6、（dB）18.19.514.4IIP3(dBm)-11.1-3-4反向隔离（dB）-21-21-3011第2章低噪声放大器2．3LNA主要指标•功耗在保证放大器指标的前提下，适当减小偏置电流。•噪声系数结论：对于无源互易网络，其损耗等于噪声系数。（a）LC滤波器（b）RC滤波器12第2章低噪声放大器2．3LNA主要指标•例2.3.1图2.1.1所示为某CDMA移动台射频前端收发系统结构框图，设窄带CDMA信号带宽B为N1.23MHz，接收灵敏度S(dBm)为-117dBm，输出信噪比D为11dB。求1)窄带CD

7、MA接收系统的噪声系数；2)若天线开关损耗为0.5dB，收发双工器损耗为3.5dB，LNA的噪声系数控制在多少才能保证整个接收机的性能？13第2章低噪声放大器2．3LNA主要指标■动态范围动态范围通常定义为接收电路在能保证输出信号质量情况下，最大输入电平与最小输入电平的比值。SFDR(dB)=Smax(dBm)-Smin(dBm)■例2.3.2某接收机的前端LNA噪声系数NF=3dB，输入三阶互调阻断点IIP3=-20dBm，带宽B=1MHz。若要求输出信噪比D为12dB，求LNA的无失真动态范围SFDR。14

8、第2章低噪声放大器2．3LNA主要指标■LNA的匹配LNA与信号源的匹配是非常重要的，由匹配方式决定了LNA的拓扑结构：功率匹配与噪声匹配。■增益及增益控制■线性度例2.3.4已知LNA的噪声带宽B＝200KHz，NN=2dB，求基底噪声N为多少？若1dB压缩点FFt的输入功率S=-20dBm，要求输出信噪比Din1=15dB时，问此时LNA的线性动态范围IEDR(Lineardyna