低噪放声放大器设计教学课件ppt

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1、5.3低噪声放大器设计采用晶体管的等效电路模型设计、分析低噪声放大器电路组成：晶体管、偏置、输入匹配和负载四大部分典型电路Q晶体管Q偏置电阻、、输入匹配网络负载：选频回路交流旁路电容、负载电阻晶体管、负载部分接入分析电路步骤（2）画出放大器的交流通路图（3）代入晶体管的小信号等效电路及参数，计算放大器的各项指标（1）分析直流偏置，决定直流工作点，得出对应工作点的参数画交流通路图的原则：①直流电源是交流地②大电容（交流旁路电容）短路③大电感（扼流圈)开路④仅做偏置用的直流电阻可不画Q完整电路①画交流

2、图电源是交流地去掉偏置大电容短路②代入晶体管等效电路设晶体管为单向传输计算增益（单向传输）①对线圈部分接入进行折合电流源和接入系数负载接入系数回路谐振，低噪放工作频率为设LC回路的空载Q为Q0回路谐振阻抗（其中）②选择回路电抗元件：③回路谐振阻抗④输出电压⑤电压增益低噪放回路带宽其中()增加稳定性——抵消极间电容的影响添加中和电容注意反馈的极性极间电容的反馈通路中和电容的反馈通路例5.3.11GHZCMOS低噪声放大器1.电路结构：①场效应管M1和M2、共栅组态②接成双端输入双端输出差动放大器③输

3、入端采用电感和组成匹配网络④输出端采用LC回路选频电感（）下级输入电容CO⑥M3交流短路（作用见后分析）COCO⑤偏置为（偏置电路省略），电感和同时提供了各管子直流通路电路分析画交流通路图(以M1为例）共栅、栅源电容漏极电容（包括栅漏电容）杂散及分布电容CP杂散电容（包括下级混频器的输入电容）（1）输入匹配网络外接电感线圈L1栅源电容杂散及分布电容CP并联回路谐振频率＝工作频率1GHz回路谐振阻抗共栅极输入阻抗为调节匹配方法：调节M1和M2的偏置电压VG——改变M1M2的跨导gm，使=，完成与源阻

4、抗匹配。（2）输出回路电感线圈L3漏极电容杂散电容（包括下级输入电容）并联谐振回路，谐振于工作频率。已知管子电容和，得：代入MOS管共栅等效电路2.性能指标(1)增益增益管子跨导负载回路谐振阻抗设线圈L3的串联损耗电阻是r单管增益：比值取决于电感的制作方式外接电感芯片内集成电感放大器总增益总输出总输入差分放大器总增益与单管相同（2）带宽①当两个回路Q值相同时电路特点：输入输出并联回路选频阻抗变换带宽？——由两个回路共同决定设每个回路带宽为BW1称为缩减因子。②当两回路Q相差很大时带宽取决于高Q回路

5、——输出回路Q值高（3）放大器噪声放大器噪声源所以等效输入噪声源放大器噪声系数F=1+电路变形，将噪声源分裂成两个输出端折合到输入端：（4）线性差动输入方式——输入信号动态范围大于单管差动输出方式——输出电流是M1和M2的输出电流之差抵消非线性失真的偶次谐波扩大了线性范围共栅组态——Cgd没有反馈Cgd包含在Cd中（6）输出电平调节目的：与后级直流一致M3工作在可变电阻区调节M3的栅极偏压VC改变了M3等效电阻改变了输出直流电平（5）隔离——增强稳定性不稳定原因——极间电容Cgd例5.3.21.9

6、GHzCMOS低噪声放大器电路特点⑤负载用与下级输入电容组成并联回路⑥有源偏置①对称双端输入双端输出差分形式②共源共栅级连电路③输入回路串联电感④源极电感负反馈VDD电阻阻止M3的噪声进入M1M3与M1组成镜象电流源（1）偏置电路电路分析M3的电流电阻M3的偏压电源电压VDD代入场效应管等效电路的输入级（2）输入阻抗匹配输入电路输入回路方程输入阻抗为与源阻抗匹配调谐输入回路串联谐振于工作频率调节与源阻抗共轭匹配Qin为输入回路的有载Q（3）噪声仅考虑由场效应管M1的沟道电阻噪声（5）线性双端输入和

7、输出差分对结构源极采用电感L2负反馈阻抗扩大线性范围（6）隔离共源共栅接连组态——失配法，提供了最佳的输出输入间的隔离度，减少了极间电容影响（4）增益共源共栅级连、负载LC回路M1M2L3C参数数值增益20.7dB噪声系数2.4dB输入阻抗（）-27dB（在1.894GHz）-2dBm镜频抑制（在1.5GHz）-10.6dB功耗19.8mW电源3.3V低噪放的性能模拟结果实际产品举例——MAX2640低功耗、超低噪声集成放大器工作频率范围：400~1500MHz，增益15.1dB增益随温度变化0.

8、6dB噪声系数0.9dB输入回波损耗-11dB输出回波损耗-14dB反向隔离40dB输入1dB增益压缩点-22dBm输入三阶截点-10dBm测试条件：电源电压输入射频功率温度阻抗小信号线性指标MAX2640S参数频率模相角模相角模相角模相角4000.907-35.14.62109.10.00113.50.302108.48000.810-64.94.8529.10.00464.20.38456.812000.735-88.04.48-53.40.013-10.60.45510.71