低噪声放大器指标概要
低噪声放大器的指标分析
低噪声放大器的指标分析重要指标分析①增益带宽积：运放开环增益/频率图中，指定频率处，开环增益与该指定频率的乘积。
理解：如果运放开环增益始终满足-20dB/10倍频，也就是频率提高10倍，开环增益变为0.1倍，那么它们的乘积将是一个常数，也就等于前述的“单位增益带宽”，或者“1Hz处的增益”。
在一个相对较窄的频率区域内，增益带宽积可以保持不变，基本满足-20dB/10 倍频的关系，我们暂称这个区域为增益线性变化区。
要想获得高增益就必须得牺牲带宽，因为增益带宽积是一个常数。
②压摆率定义：闭环放大器输出电压变化的最快速率。
用V/μs 表示。
优劣范围：从2mV/μs 到9000V/μs 不等。
理解：此值显示运放正常工作时，输出端所能提供的最大变化速率，当输出信号欲实现比这个速率还快的变化时，运放就不能提供了，导致输出波形变形――原本是正弦波就变成了三角波。
③相位裕度定义：在运放开环增益和开环相移图中，当运放的开环增益下降到1时，开环相移值减去-180°得到的数值。
相位裕度和增益裕度越大，说明放大器越容易稳定。
失真与噪声响应④建立时间定义：运放接成指定增益，从输入阶跃信号开始，到输出完全进入指定误差范围所需要的时间。
所谓的指定误差范围，一般有1%，0.1%几种。
优劣范围：几个ns 到几个ms。
理解：建立时间由三部分组成，第一是运放的延迟，第二是压摆率带来的爬坡时间，第三是稳定时间。
很显然，这个指标与SR 密切相关，一般来说，SR 越大的，建立时间更小。
⑤V os定义：在运放开环使用时，加载在两个输入端之间的直流电压使得放大器直流输出电压为0。
也可定义为当运放接成跟随器且正输入端接地时，输出存在的非0 电压。
优劣范围：1?V 以下，�儆诩�优秀的。
100?V 以下的属于较好的。
最大的有几十mV。
理解：任何一个放大器，无论开环连接或者反馈连接，当两个输入端都接地时，理论上输出应该为0，但运放内部两输入支路无法做到完全平衡，导致输出永远不会是0。
射频通信电路：第五讲 低噪声放大器
场效应管等效电路
晶体管的放大特性主要由压控电流源 决定 放大器的输入阻抗由 决定，呈容性
放大器输出电阻由 和 决定，该值一般很大
放大器隔离度由 决定
极限工作频率受等效电路中的电容 = (
≈
分立低噪声放大器构成
电路组成：晶体管、偏置、输入匹配和输出负载四大部分
输入匹配网络
输出负载
偏置
晶体管 典型电路
把晶体管视为一个 双端口黑盒子，分 析其端口参数，适 用于特定频率、线 性参数,如S参数
应用不同的模型，分析设计低噪放的方法不同
低噪声放大器指标
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低噪声放大器指标分析
1.低功耗：移动通信的必然要求 低电源电压、低静态电流
2.工作频率：取决于晶体管的特征频率
fT
=
gm
低噪声放大器指标分析
F = 1+ (Vn + In RS )2
4kTRS B
对于高源阻抗， 是主要噪声源 对于低源阻抗， 是主要噪声源
系统最小噪声系数时，信号源阻抗满足：
2
R2 s ,opt
=
Vn
2
In
低噪声放大器指标分析
F = 1+ rbb' + 1 + gm RS ≈ 1+ rbb' + 1
高频等效电路--BJT
共射放大器原理图
V（BR）EBO ICBO ICEO
工作点Q由基极偏置VBEQ、集电极电源 VCC 负载电阻RL决定
iB(μA) 0
VCE（ V）
11
0
VBE
＋
iC 饱和区
临界饱和 线
截止区
击穿区 iB=iB5
低噪放设计
低噪声放大器设计报告学生姓名：李江江学号：201221040234 单位：物理电子学院一、技术指标：频率：5.25 GHz~5.55 GHz 噪声系数：小于0.5 dB (纯电路噪声系数不考虑连接损耗)增益：大于20dB 增益平坦度：每10MHZ带内小于0.1dB输入输出驻波比：小于2.0 输入输出阻抗：50二、理论分析低噪声放大器(LNA)在接收机系统中处于前端,主要作用是放大接收到的微弱信号,降低噪声干扰。
LNA的设计对整个接收机性能至关重要,其噪声系数(NF)直接反映接收机的灵敏度。
随着通讯、雷达技术的发展,对微波低噪声放大器也提出了更为严格的要求。
利用微波电路CAD设计软件,结合可靠的LNA设计理论来进行电路设计，可以避开复杂的理论计算,极大地提高设计准确性和效率，有效缩短研制周期,降低成本。
( A D S ) 软件是A g i l e n t 公司在H P E E S O F 系列E D A 软件基础上发展完善的大型综合设计软件，它功能强大，能够提供各种射频微波电路的仿真和优化设计，广泛应用于通信、航天等领域，是射频工程师的得力助手。
本文着重介绍如何使用ADS 进行低噪声放大器的仿真与优化设计。
LNA的性能指标主要是噪声系数、增益、工作频带、电压驻波比和带内平坦度等，尤其是噪声系数和增益对整机性能影响较大。
要实现理想功率传输，必须使负载阻抗与源阻抗相匹配,这就需要插入匹配网络。
放大管存在最佳源阻抗Zsop,t LNA的输入端应按Zsopt进行匹配,此时放大器的噪声系数为最小。
而为了获得较高的功率增益和较好的输出驻波比,输出端则采用输出共轭匹配。
如果增益不够，则需要采用多级放大电路。
原则上前级放大器相对注重噪声系数性能，后级放大器则相对注重增益性能。
也就是说，输出端口和级间针对增益最大和平坦度进行匹配电路设计。
LNA低噪声放大器的主要指标如下：1.工作频率与带宽2.噪声系数3.增益4.放大器的稳定性5.输入阻抗匹配6.端口驻波比和反射损耗三、设计过程：（1）直流分析晶体管S 参数的测量并确定工作点。
第五章低噪放1
②负载，一般 50Ω---单级放大增益不会太高
负载形式：① LC谐振回路---谐振阻抗
②集中参数滤波器（ 50Ω）---阻抗要匹配
（5）增益控制 通过检测接收信号电平自动改变增益，信号强减小增益 信号弱增益变大
方法：①自适应改变工作点 ②自适应改变负反馈量
（6）输入阻抗匹配 放大器与信源匹配方式：①噪声系数最小---噪声匹配
②功率传输最大---共轭匹配 匹配网络：①纯电阻网络---适用于宽带放大，但功耗和噪声大
②纯电抗网络---宽窄带均适用，不增加噪声、功耗小 匹配形式： ① 共源(射)组态---输入电阻很大
匹配简单，并联所需电阻即可，但噪声增大
② 共栅(基)组态---输入阻抗 ≈ 1 gm，改变偏置即可实现匹配
失配状态下功率传输有损耗---称为回波损耗
回波损耗： RL(dB) = −20 log Γ
5.4.2 双端口网络S参数
1. 双端口网络S参数定义 S 参数方程：
端口1 入射波
正向传输
端口2 入射波
{ V1r = S11V1i + S12V2i V2r = S V 21 1i + S V 22 2i
= V2r V2i
= S22
+ S12 S21ΓS 1 − S11ΓS
单端口网络 Γ = Vr /Vi = S 电压驻波比 VSWR 的定义： VSWR = 1+ Γ
1− Γ
电压驻波比/反射系数---衡量信源与负载匹配状态的参数
通常 0 ≤ Γ ≤ 1， 1 ≤ VSWR ≤ ∞
由 Γ = ZL − Z0 ZL + Z0
VSWR = 1+ Γ 1− Γ
低噪声放大器..
5） C
C 0 VBC 1 0
n
反偏集电结电容
6） 7）
Ccs 集电结与衬底间的势垒电容
rbb ' 、ree 、 rcc 为各极的体电阻
大倍数下降为 1 时的频率
8） 特征频率 fT 定义为共射输出短路电流放
gm gm fT 2 (C C ) 2 C
3） 有源偏置电路
有源偏置电路具有相 当出色的温度稳定性，但 同时也带来了元件数目增 多，电路结构复杂等缺点。 在放大器的温度稳定性要 求比较高的时候，可以考 虑采用这种偏置电路。
有源偏置电路
3）传输线偏置电路
传输线偏置电路
传输线偏置法可以抑制偶次谐波，并且还可以 改善放大器的稳定性。
固定基流偏置电路
IIP3
Input VSWR
－11.1dBm
1.5
－3dBm
1.2
Output VSWR
隔 离
3.1
21dB
1.4
21dB
从表中可以看出，低噪声放大器的主要指标为： 噪声系数 增益 线性范围
输入输出阻抗的匹配
功耗
输入输出的隔离
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。
C gd ---漏极与源极电容
rG 、 rS 、 rD 分别为各极的欧姆电阻，rds 是漏源电
阻， R 是串联栅极电阻 i
对于GaAs FET ，这些参数的典型值为
Ri 7
C gs 0.3 pF
rds 400 Cds 0.12 pF
gm 40mS
C gd 0.01 pF
基极分压射极偏置电路
2～4 GHz MMIC低噪声放大器
2～4 GHz MMIC低噪声放大器佚名【摘要】针对通信系统对S波段低噪声放大器的需求,基于0.25μm GaAs PHEMT 工艺,设计了一款2～4 GHz微波单片集成电路低噪声放大器(MMIC LNA).该放大器采用两级级联的拓扑结构,第一级放大器利用微带线作为源极负反馈元件,第二级采用局部并联负反馈拓宽带宽,并且通过共享双电源供电,减小面积并降低噪声系数.仿真结果表明,在工作频带内,噪声系数低于1 dB,增益高于30.6 dB,输入回波损耗低于-8 dB,输出回波损耗低于-10 dB,芯片面积为2 mm*1.5 mm,与其它文献相比,该放大器在S波段具有更加优异的性能.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2019(027)001【总页数】5页(P75-79)【关键词】低噪声放大器;单片集成电路;砷化镓;高增益【正文语种】中文【中图分类】TN432在无线接收机系统中，低噪声放大器对系统的灵敏度有直接的影响。
低噪声放大器的功用是在尽可能少地增加噪声的前提下，将天线接收到的微弱信号放大，同时降低后面各级模块产生的噪声对信号的影响[1]。
评估一个低噪声放大器的性能指标主要有增益、噪声系数和线性度等，其中增益和噪声系数尤为重要。
鉴于目前S波段的接收机被广泛应用于通信系统中[2]，譬如蓝牙和WIFI模块的部分通信频段均为2.4 GHz，还有即将到来的5G通信系统，确定的频段就包括有3.4～3.8 GHz[3-5]，对S波段的低噪声放大器的研制就具有重大意义。
2004年国内研发了一款S波段的低噪声放大器[6]，其由三级电路构成，在300 MHz的带宽内，噪声系数不大于1.4 dB，增益范围为24.5～26 dB。
在这之后，相关的研究人员继续深入研究，进一步丰富了S波段的低噪声放大器的产品类型。
其中，孔令甲等研究人员研制的2.7～3.5 GHz的限幅低噪声放大器，王建朝设计的2.4～2.5 GHz的低噪声放大器，唐健等研究人员研发的2.65～3.45 GHz的低成本低噪声放大器等[7-9]。
低噪声放大器（LNA）和噪声系数（Noise
低噪声放⼤器（LNA）和噪声系数（Noise Figure）
继续往后边翻译边看这边书。
中间讲了很多我觉得没啥⽤的东西，有的是跟Linux有关的，我就跳过了。
下⾯是RTL-SDR IMPROVEMENTS AND MODIFICATIONS 部分。
第⼀个内容便是LNA：LOW NOISE AMPLIFICATION。
我们装置中的放⼤器在正常应⽤时已经是⾜够低噪声的了。
尽管如此，存在着⼀种第三⽅的外部装置——LNA，即低噪声放⼤器。
LNA和普通放⼤器有什么区别呢？这⾥就引出了噪声系数（Noise Figure）的概念，这是⼀个衡量放⼤器本⾝噪声⽔平的物理量，以分贝（dB）为单位。
RTL-SDR中的放⼤器的噪声系数⼩于4.5dB，这样的放⼤器可能会产⽣削弱信号本⾝的噪⾳，因此在某些场合低噪声放⼤器就格外有⽤，它们的噪声系数⼩于1dB，也就是说在放⼤信号时，其⾃⾝最多产⽣1dB的噪⾳。
在放置LNA时，我们应该将它放的离天线尽可能的近。
如果我的翻译没错的话，它的主要⽬的是放⼤由于长距离传输⽽减弱的信号，同时减少由于同轴电缆传输⽽产⽣的噪⾳。
LNA也不是通吃任何环境的，⽐如在⾼频（HF）下，环境噪声太强，它的效果和普通放⼤器相⽐就不那么好了，（这⾥我猜测是因为环境噪声太强，放⼤器⾃⾝的噪声系数是4.5还是1 相⽐于环境噪声都可以忽略因此区别不⼤）。
这时候我们需要⽤到针对某些特殊情况的LNA。
微波低噪声放大器的主要技术指标、作用及方案设计
微波低噪声放大器的主要技术指标、作用及方案设计随着通讯工业的飞速发展，人们对各种无线通讯工具的要求也越来越高。
功率辐射小、作用距离远、覆盖范围大已成为各运营商乃至无线通讯设备制造商的普遍追求，而这也同时对系统的接收灵敏度提出了更高的要求。
1微波低噪声放大器的作用一般情况下，一个接收系统的接收灵敏度可由以下计算公式来表示：由上式可见，在各种特定（带宽BW、解调S／N已定）的无线通讯系统中，能有效提高灵敏度的关键因素就是降低接收机的噪声系数NF，而决定接收机噪声系数的关键部件则是处于接收机 前端的低噪声放大器。
图1所示是接收机射频前端的原理框图。
由图1可见，低噪声放大器的主要作用是放大天线从空中接收到的微弱信号，降低噪声干扰，以供系统解调出所需的信息数据，所以，低噪声放大器的设计对整个接收机来说是至关重要的。
2微波低噪声放大器的主要技术指标2.1噪声系数噪声系数的定义为放大器输入信噪比与输出信噪比的比值，即：对单级放大器而言，其噪声系数的计算为：其中Fmin为晶体管 噪声系数，是由放大器的管子本身决定的，Γopt、Rn和Γs分别为获得Fmin时的 源反射系数、晶体管等效噪声电阻以及晶体管输入端的源反射系数。
对多级放大器。
其噪声系数的计算应为：其中NFn为第n级放大器的噪声系数，Gn为第n级放大器的增益。
对噪声系数要求较高的系统，由于噪声系数很小，用噪声系数表示很不方便，故常用噪声温度来表示，噪声温度与噪声系数的换算关系为：其中Te为放大器的噪声温度，T0=2900K，NF为放大器的噪声系数。
2.2放大器增益放大器的增益定义为放大器输出功率与输入功率之比：G=Pout／Pin（7）通常提高低噪声放大器的增益对降低整机的噪声系数非常有利，但低噪声放大器的增益过高会影响整个接收机的动态范围。
所以，一般来说，低噪声放大器的增益确定应与系统的整机噪声系数、接收机动态范围等结合起来考虑。
2.3反射系数由式（3）可知，当Γs=Γopt时，放大器的噪声系数 ，NF=NFmin，但此时从功率传输的角度来看，输入端会失配，所以，放大器的功率增益会降低，但有些时候，为了获得 噪声，适当的牺牲一些增益也是低噪声放大器设计中经常采用的一种办法。
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1.2 1.4 21dB
低噪放（LNA）指标分析
（1）低功耗——移动通信的必然要求
低电源电压
小的静态电流——跨导 g m 小
gm
rbe
rbb'
(1)
VT ICQ
（2）工作频率——取决于晶体管的特征频率 f T
fT
gm
gm
2(c c) 2C
与工作点有关
取决于半导体工艺
（3）噪声系数
线性网络：
F1(Vn InRS)2 4kTBSR
双极晶体管:共射
F 1 r b b ' 1 g m R S 1 r b b '1
R s 2 g m R S 2
R s 2 g m R S
共源MOS管
F 1 1 1
RS gm
分析：
①放大器的噪声与工作点有关—— g m
多级线性网络级联的噪声系数
多级线性网络级联总噪声系数
结论：
FF1F G 2P 11G F P31G P 12
Te Te1G TeP21GP T1eG 3P2
1. 系统前级、特别是第一级的噪声系数对系统影响最大
2. 增大第一级的增益可以减少后级对系统噪声系数的影响
描述晶体管的两种模型 1. 物理模型——等效电路模型 特点：模型中的每个参数均对应一定的物理意义
（1）线性范围和器件有关 （2）线性范围和电路有关 （3）输入端的阻抗匹配也会影响放大器的线性范围
（8）隔离度和稳定性
增大LNA的反向隔离可以减少本振信 号从混频器向天线的泄漏程度。
正向传输——压控电流源 g m v b e
输入
反向传输——极间电容 C (C bc )
C be
输出点+
引起不稳定的原因
CN
输出点 -
改进措施
① 中和法——用中和电容抵消 由 C (C bc ) 引起的反向传输
② 失配法——采用共射共基（共源共栅）组 合连接
第五章 低噪声放大器
特点:
1.位于接收机的最前端
噪声越小越好 要求有适当的稳定的增益
小信号线性放大器
2.接收的信号很微弱且变化
线性动态范围大 增益自动控制
3.通过传输线直接和天线或天线滤波器相连 —匹配
4.应具有选频功能，抑制带外和镜象频率干扰
功率最大 传输
噪声系 数最小
本章内容（1）. 低噪声放大器的性能指标 （2）. 低噪声放大器的设计 （3）.复习晶体管的电路模型
a. 共源组态 输入阻抗很大 并联电阻等于 信号源内阻
增加噪声
b. 共栅组态
输入阻抗
改变 g m 达
匹配
1 c.电阻负 g m 反馈改变
输入阻抗
宽带放大、
增加噪声、
功耗较大
d. 源级电感 负反馈改变 输入阻抗
窄带放大、噪 声性能较好
（7）线性范围
衡量指标：三阶互调截点IIP3、增益1dB压缩点 注意：
②双极晶体管放大器的噪声
与基区体电阻 r b b 有关
③放大器噪声系数与信号源内阻有关
（4）增益 增益要适中
增益取决于
增益大——可降低后级对系统噪声系数的影响 增益大——后级易产生非线性失真
跨导 g m ——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——共轭匹配 噪声系数最小——噪声匹配
匹配网络
宽带放大、消耗功率、 纯电阻网络 —— 增加噪声 电抗网络 —— 不增加噪声、窄带放大
（6）输入阻抗匹配 匹配方式
低噪放（LNA）——高频、小信号、线性、选频放大器
指标 电源电压 电源电流
频率 噪声系数NF 增益Gain
IIP3 Input VSWR Output VSWR
隔离
0.5μm GaAs FET 3.0V 4.0mA
1.9GHZ 2.8dB 18.1dB －11.1dBm
1.5 3.1 21dB
0.8μm Si Bipolar 1.9V 2.0mA
适用的频率范围较宽
举例：混合 型模型
2. 网络模型
特点：把晶体管视为一个双端口黑盒子，分析其端口参数 适用于特定频率、线性参数
举例：S参数 注意：应用不同的模型，分析设计低噪放的方法不同
本章重点——用晶体管的混合 型模型分析、设计低噪放； 用S参数分析、设计低噪放。
5.1低噪声 放大器指标
5.1 低噪声放大器指标