(8) Low Noise Amplifier Design 030724

Low noise amplifier design by ansoft

1Sean kim (hskim@ansoft.co.kr)Application EngineerLow Noise Amplifier Design for the 1900MHz ApplicationAnsoft KoreaintroductionThis presentation was developed for Samsung Electronics train center. They want to Step –by step serenade training material with practical circuit (for the Handset ) : total page is 72.This low noise amplifier design procedure was optimized to increase amplifier linearity.( e.g IP3 point , IMD, P1 dB )Selected device is SiGe NPN TR BFP620 which was not included for ADS 1.5 Device Library.AgendaOverall RequirementsAmplifier Design Using Harmonica Low noise amplifier design procedureDevice selectionImprovement IP3 & Stability(Series negative feedback using inductor)Matching Circuit Design using the Smith Tool PCB Layout generation.Simulation & measured data comparison.Design Consideration of Low noise Amplifier using Non-linear model. : the order of priority => Must be trade off other conditionsLow noise amplifier d esign procedure ®Device selection.®Package element included nonlinear model construction.®Bias circuit decision.®Nonlinear Harmonic balance simulation.(P1 dB,IP3)®Improvement Stability K & IP3using inductor.®S-parameter extraction®Power Gain circle & Noise figure matching using Smith tool ®Input Output matching circuit generation®Low frequency stability increase®Lumped inductor to microstrip line inductor®Printed Circuit Board layout using S2A®Small signal analysis & Input Output VSWR, K, B1®Nonlinear analysis [Transduce Gain, G1dB, IMD3, IP3, ACPR, Spurious Emission analysis]®Compare to Measured data.Device selectionImprovement IP3Improvement Stability K (small signal analysis) L value of 1.5 nH as changing the inductor value until K valuebecomes 1.(up to K=1)L value is 1.5nH, K=1, B1>0 (Unconditional stability)Turn the inductor value.(L value is 1.5nH, IP3 : ~ 23dBm.)K=1IP3Improvement IP3, decrease Gain simulationVCE=2V, 20mAVCE=2V, 8mAIP3 Emitter inductor added.GAINMatching circuit design using Smth tools.bias circuit and matching circuit is same topology used.Power Gain (s-plan) circle and NF circle cross pointGPCSGPCL14.814.515KCSKCLInput matching Output matchingPrinted Circuit Board layout using S2A Via is fenced around circuit using S2A.D.C noise bypass Capacitor(10uF) was added.Filled screenUnfilled screenSerenade layout data was transformed to PADS Power PCB ascii file format Using to S2A.Fabricated Low noise Amplifier PCB board.1Cm1CmCompare simulation and measured data. Fc=S21:14.6(serenade) 14.16 dB(measured), S12:-17.4(serenade) -19.17dB(measured) S11:-27 (serenade) -25.4dB (measured), ,S22:-11 (serenade) -7.9dB (measured)S21S11S22S12Diff.(measured) (measured) (measured) (serenade) (serenade) (serenade) (serenade)(serenade) (measured)Compare simulation and measured data . (Wide range)NF value is measured 1.1~ 1.2 dB. (0.3 dB increase)=> It cause for Q value input matching circuit L, C.IMD3 is measured 51dBc when each tone ouput is 0dBm ,So IP3 is 25.5dBm. ( OIP3 = output power(each tone) +1/2* (IMD3) )S21S11S22S12(serenade)(measured)Summary1. Serenade was used to model the performance of a 1950MHz DCS band Low noise amplifier.2. RF single-tone, RF two-tone and digital modulationsimulation data were presented.3. A comparison between simulated and measuredperformance characteristics of the LNA to be in goodagreement.referenceGerard Wevers, Infineon Technologies, “A High IIP3 Low Noise Amplifier for 1900 MHz Applications Using the SiGe BFP620 Transistor”。

应用于GPS频段低噪声放大器的设计

应用于GPS频段低噪声放大器的设计作者：商锋黄荣礼来源：《电脑知识与技术》2016年第36期摘要：阐述了应用于GPS的低噪声放大器（Low Noise Amplifier ，LNA）的设计原理，并通过Advanced Design System（ADS）软件进行仿真，设计出了低噪声放大器。

放大器第一级采用的是输入端最小噪声系数匹配，输出端采用的是最大增益匹配，而放大器第二级则采用最佳阻抗匹配法，使增益达到25±1dB，噪声系数小于0.7dB，输入输出驻波比小于2dB，各项参数均达到指标要求。

关键词：GPS；噪声系数；增益；驻波比中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）36-0251-03GPS是全球定位系统（Global Positioning System）的简称。

是美国国防部研制的一种为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务[1]。

如今GPS 的应用已经获得了充分的发展，芯片技术的出现，使得 GPS 与其他通信工具可结合设计。

应用于 GPS 的低噪声放大器，也陆续出现了集成芯片。

但其较高的市场价格在一定程度上限制了国内关于GPS射频技术方面的发展。

文献[2]论述了GPS频段天线的设计，本文在ADS仿真环境下设计了一款应用于GPS导航系统接收机前端的低噪声放大器。

1 LNA设计的基本原理及关键因素1.1 LNA设计的基本原理LNA的设计旨在于为高频电路提供一个线性度高、噪声系数低的放大电路，为防止放大器产生震荡，电路稳定性的设计也很关键。

对放大器噪声系数指标的影响因素有很多，除了对性能良好的元器件的选用之外，得当的电路设计拓扑结构也至关重要。

为了获得较低的输出驻波比和良好的增益，输出端匹配网络则采用共扼匹配的方法[3]。

设计放大器时尽可能低的噪声系数是首要考虑的，其次才考虑增益是否良好。

因此，较低的噪声系数通过牺牲少许增益来换取是有必要的，两者之间应折中考虑。

低噪声放大器设计

低噪声放大器设计随着电子技术的不断发展，低噪声放大器（Low Noise Amplifier，简称LNA）在无线通信和微波领域的重要性不断提升。

低噪声放大器的主要作用是在前置放大器中放大微弱信号，同时将噪声压制到最小，以保证整个系统的性能。

低噪声放大器的噪声系数是衡量其性能的重要指标，通常用dB比值或者分贝数来表示，简称Nf。

低噪声放大器的设计要确保Nf足够低，才能在微弱信号中产生足够的增益且不引入过多的噪声。

因此，低噪声放大器的设计非常重要。

一、低噪声放大器设计的挑战在设计低噪声放大器时，需要面临几个挑战。

第一，如何处理噪声。

在放大器中，噪声来自于电阻、晶体管的温度、元器件的起伏等因素，噪声在传输信号时会被放大。

因此，设计低噪声放大器需要充分考虑噪声的来源，并采取合适的抑制措施，以保证系统的高效运作。

第二，如何改善热噪声。

热噪声是低噪声放大器中一个常见的问题，是由器件本身热引起的噪声。

为了减小热噪声，需要减小器件的温度，采用低噪声晶体管等高品质元器件来代替常规器件，并减小元器件之间的串扰。

第三，如何平衡增益和噪声。

低噪声放大器需要在增益和噪声之间进行权衡，在增益和噪声之间找到平衡点。

增加放大器的增益会对噪声产生影响，因此需要采用低失真、高效率的放大器设计来保证放大器的性能。

二、低噪声放大器的设计要点低噪声放大器的设计要点主要包括器件选择、电路结构、滤波器和匹配等。

器件选择是设计低噪声放大器时非常关键的一个方面，选择适当的低噪声、低电荷、高频率的晶体管材料，能提高系统的性能，也能减小噪声系数。

电路结构是设计低噪声放大器时的另外一个重要方面。

直接耦合放大器和共源放大器是常见的电路结构，其中直接耦合放大器简单、稳定，但增益和噪声系数会受到限制。

而共源放大器的增益和噪声系数的选择范围更大，但也更过程更为复杂。

此外，混频器的阻抗匹配和反馈网络设计也是设计低噪声放大器的重要方面。

滤波器也是设计低噪声放大器时需要重点考虑的方面之一。

低噪声放大器原理符号

低噪声放大器原理符号低噪声放大器（LowNoiseAmplifier，LNA）是无线通信设备中的关键组件，它负责提升信号的强度，以便于后续的信号处理。

在电路符号表示中，低噪声放大器通常以一种特定的形式进行表示。

一、原理低噪声放大器的工作原理主要是通过放大微弱的信号电流，同时抑制噪声和干扰。

它的输入信号通常来自天线或其他接收器，其输出信号经过处理后可以进一步传递到下一级电路。

在放大信号时，低噪声放大器的一个重要指标是噪声系数（NoiseFactor），它表示放大器输入端的噪声与输出端的噪声之比。

低噪声放大器的噪声系数通常应该尽可能的小，以确保放大后的信号强度更高，而干扰和噪声的影响更小。

二、符号表示在电路图中，低噪声放大器通常以特定的符号进行表示。

其基本形式通常是一个简单的二极管加一个放大器，下面我们来详细解释这个符号的含义：1.放大器部分：通常是一个开环的差分放大器，用于放大微弱的信号电流。

2.二极管：表示低噪声放大器的输入端，它接收来自天线的微弱信号。

3.箭头：表示信号的流向，即输入端的信号被放大后，输出到下一级电路。

4.环绕箭头：表示噪声的抑制，这个符号的含义是低噪声放大器能够有效地抑制干扰和噪声，从而提升信号的质量。

此外，在一些具体的电路图中，可能还会在符号旁边添加一些其他的参数和标注，例如放大器的增益、带宽、噪声系数等。

三、应用低噪声放大器在无线通信系统中有着广泛的应用，例如在移动电话、无线路由器、无线基站等设备中都扮演着重要的角色。

通过提高信号的强度和降低干扰和噪声的影响，低噪声放大器使得无线通信设备能够更好地工作，提供更稳定、更可靠的通信服务。

四、总结低噪声放大器是无线通信设备中的关键组件，通过放大微弱的信号电流并抑制干扰和噪声，它对于提高通信质量和稳定性具有重要作用。

在电路符号表示中，低噪声放大器通常以特定的形式进行表示，包括一个简单的二极管加一个放大器，以及一些其他的参数和标注。

Low noise amplifier

专利名称：Low noise amplifier发明人：Ward S. Titus申请号：US09090686申请日：19980604公开号：US06628170B2公开日：20030930专利内容由知识产权出版社提供专利附图：摘要：An integrated circuit (IC) includes a variable gain high frequency low noiseamplifier (LNA) that receives a high frequency input signal and comprises a variable gain amplifier and a filter. The variable gain amplifier receives gain control signals that set the amount of gain applied to the input signal to create an amplifier output signal. The filtercomprises passive components including inductors, capacitors and resistors. The filter also includes parasitic inductances provided by package leads and bond leads/wires. The variable gain amplifier includes a current steering mechanism that is responsive to the gain control signals, and sets the desired amplifier gain in response to the control signals by steering the input signal between a load and the filter. The filter is constructed from package leads, bond wires and dedicated on-chip components that overcome the lack of a precise on-chip RF ground to provide the requisite isolation between the input signal and the amplifier output signal. Significantly, the filter overcomes the lack of a good ground on the IC.申请人：ANALOG DEVICES, INC.代理机构：Samuels, Gauthier & Stevens, LLP更多信息请下载全文后查看。

低噪放的饱和输出功率

低噪放的饱和输出功率低噪放的饱和输出功率1. 引言：低噪声放大器（Low Noise Amplifier，LNA）是无线通信系统中的关键组件之一。

它的作用是将微弱的信号放大到可处理范围内，同时尽量减少噪声的引入。

而传统的放大器在放大信号的同时会引入噪声，因此如何在放大的同时尽量减少噪声的影响成为了研究的重点。

2. 低噪放的概念和定义：低噪声放大器主要通过优化设计和选择合适的材料来实现。

在高频电路中，以低噪声为目标的设计要求其输入和输出之间的信号串扰尽量小，并且在输入和输出电阻之间保持高输入和输出阻抗，以减少噪声回流。

而在饱和输出功率方面，低噪声放大器在尽量保持较低噪声性能的还能提供较高的输出功率。

3. 低噪放的设计原则：为了实现低噪声放大器的饱和输出功率，设计者需要在以下几个方面进行考虑和优化：3.1. 选择合适的工作频段和技术方案：低噪声放大器适用于各种应用场景，包括射频、通信、卫星通信等。

在选择工作频段时，需要考虑信号的特性、系统的要求以及材料和器件的可用性等因素，以便实现最佳的性能。

3.2. 优化电路结构和拓扑：对于低噪声放大器的饱和输出功率，合理的电路结构和拓扑设计是至关重要的。

可以采用共源共栅极(共源极)放大器、共基极（共射极）放大器、共基极（共射极）放大器以及双门级共基（共射）放大器等不同的电路结构和拓扑。

3.3. 选择合适的材料和器件：选择低噪声放大器所需要的材料和器件对于性能的优化起到了至关重要的作用。

目前，一些常用的材料和器件包括氮化硅、砷化铟、砷化镓、二氧化钛、砷化锗等。

这些材料和器件具有高频特性好、噪音系数低、功率饱和性能优秀等特点。

4. 低噪放的挑战和解决办法：在实现低噪声放大器的饱和输出功率时，还存在一些挑战需要解决。

首先是如何在平衡低噪声和高增益的同时保持饱和输出功率，这需要进行合理的电路结构设计和参数调整。

其次是如何克服器件之间的耦合效应，减小信号串扰和噪声回流。

最后是如何利用先进的设计和制造技术来提高整体的性能。

Low-noise amplifier

专利名称：Low-noise amplifier发明人：Chan Kook Jung,Sang Hyun Park,Jin HyoungChoi,Jong Hwa Park,Sin Jae Kim申请号：US09329291申请日：19990610公开号：US06208203B1公开日：20010327专利内容由知识产权出版社提供专利附图：摘要：A low-noise amplifier which is equipped with at least one redundancy circuit which is connected in parallel to an amplifying circuit, so that the low-noise amplifier operates without a significant signal loss even when an abnormality takes place in theamplifying circuit and the amplifying circuit is not replaced or troubleshooted. The low-noise amplifier includes a redundancy circuit () effectively operable instead of an amplifying circuit () when the amplifying circuit () is in an abnormal condition, and at least one switch () activates the redundancy circuit () when the amplifying circuit () is abnormal. In a preferred embodiment, the redundancy circuit () includes a transmission line () for bypassing an input RF signal when the amplifying circuit () is in an abnormal condition. In an alternative, the redundancy circuit () includes a redundant amplifying circuit (), so that the redundant amplifying circuit () can amplify the input RF signal in place of the amplifying circuit ().申请人：ACE TECHNOLOGY代理机构：Shanks & Herbert更多信息请下载全文后查看。