LNA的设计制作与调试
射频低噪声放大器电路设计详解
射频低噪声放大器电路设计详解射频LNA 设计要求：低噪声放大器（LNA）作为射频信号传输链路的第一级，它的噪声系数特性决定了整个射频电路前端的噪声性能，因此作为高性能射频接收电路的第一级LNA 的设计必须满足：（1）较高的线性度以抑制干扰和防止灵敏度下降;（2）足够高的增益，使其可以抑制后续级模块的噪声;（3）与输入输出阻抗的匹配，通常为50Ω;（4）尽可能低的功耗，这是无线通信设备的发展趋势所要求的。
InducTIve-degenerate cascode 结构是射频LNA 设计中使用比较多的结构之一，因为这种结构能够增加LNA 的增益，降低噪声系数，同时增加输入级和输出级之间的隔离度，提高稳定性。
InducTIve-degenerate cascode 结构在输入级MOS 管的栅极和源极分别引入两个电感Lg 和Ls，通过选择适当的电感值，使得输入回路在电路的工作频率附近产生谐振，从而抵消掉输入阻抗的虚部。
由分析可知应用InducTIve-degenerate cascode 结构输入阻抗得到一个50Ω的实部，但是这个实部并不是真正的电阻，因而不会产生噪声，所以很适合作为射频LNA 的输入极。
高稳定度的LNAcascode 结构在射频LNA 设计中得到广泛应用，但是当工作频率较高时由于不能忽略MOS 管的寄生电容Cgd，因而使得整个电路的稳定特性变差。
对于单个晶体管可通过在其输入端串联一个小的电阻或在输出端并联一个大的电阻来提高稳定度，但是由于新增加的电阻将使噪声值变坏，因此这一技术不能用于低噪声放大器。
文献对cascode 结构提出了改进，在其中ZLoad=jwLout//（jwCout）-。
LNAADS设计低噪声放大器的详细步骤
仿真结束，弹出结果窗口，如下页图。 注意关闭的时候要保存为适宜的名字。 另外图中的Marker是可以用鼠标拖动的。 由于采用的是ADS的设计模板，所以这 里的数据显示都已经设置好了。一般情 况下，数据的显示需要人为自行设置。
3.1晶体管直流工作点扫描
典型仿真结果图
3.1晶体管直流工作点扫描
注意如何规划仿真，才能尽快得到需要的电路
2.软件仿真中需要注意的几个问题
仿真时模型的选择1
晶体管
sp模型：属于小信号线性模型，模型中已经带有了 确定的直流工作点，和在一定范围内的S参数，仿 真时要注意适用范围。Sp模型只能得到初步的结 果，对于某些应用来说已经足够，不能用来做大信 号的仿真，或者直流馈电电路的设计，不能直接生 成版图。 大信号模型：可以用来仿真大、小信号，需要自行 选择直流工作点，仿真时要加入馈电电路和电源。 带有封装的大信号模型可以用来生成版图
3.2晶体管S参数扫描-sp模型
然后新的Design文件生成，窗口如下
3.2晶体管S参数扫描-sp模型
同3.1节对应操作，加入 sp模型的晶体管，并连 接电路如图。地的设置 按上面的 键即可调入。 图中的Term也是在仿真 中要经常用到的组件， 用以表示连接特征阻抗 的端口。
各种文件的命名 电路的布局以及参数的设置和选择 要有合理的设计顺序 物理概念要明确，不要在无意义的地方花时间
要记住：按照加工精度，有些线条太细是不能实现的，另外追求小数点后 面N位的精确也是无聊的。 注意仿真中使用模型的适用范围，比如：小信号模型就不能用来看三阶 交调等非线性的曲线（看了也是错的），微带线仿真的时候，注意要 L>W，软件中的模型才是对的。等等。 要按照先局部后整体的优化，切忌直接全局优化，最好能够预先计算设 置优化元件的初值。 要注意仿真的数值稳定性，对于对参数以来敏感的仿真结果在最后制作 的时候是很难实现的。适当的时候需要考虑改系统拓扑。 养成不明白就多看看help的习惯
2.4GHz的CMOS LNA设计与仿真
毕业设计设计题目一种用于射频接收机的2.4GHz 低噪声放大器设计学生姓名易昕学号 ******** 专业班级微电子10-3班指导教师尹勇生院系名称电子科学与应用物理学院2014年06月08日目录中文摘要 (1)英文摘要 (2)第一章绪论 (3)1.1 课题研究背景现状以及意义 (3)1.1.1 课题背景 (3)1.1.2 CMOS 低噪声放大器研究现状 (3)1.1.3 研究意义 (4)1.2 论文主要工作及组织结构 (6)第二章 LNA的器件特性和噪声模型 (7)2.1 MOSFET器件模型及特性 (7)2.2器件噪声 (8)2.2.1 热噪声 (8)2.2.2 闪烁噪声 (9)2.2.3 散粒噪声 (9)2.2.4 爆米噪声 (9)2.3 MOS器件噪声分析 (10)2.3.1 漏极电流噪声 (10)2.3.2 栅噪声 (10)2.4 二端口网络噪声理论及优化噪声系数的LNA匹配技术 (11)第三章低噪声放大器的主要技术参数 (17)3.1 引言 (17)3.2 噪声系数 (17)3.3 S参数 (18)3.3.1 双端口网络的S参数介绍 (18)3.3.2 S参数方程 (18)3.4 功率增益 (20)3.5 线性度 (20)3.6 稳定性指标 (22)3.7 功耗 (23)第四章 LNA电路结构的分析和选择 (23)4.1 输入端并联电阻的共源放大器 (23)4.2 并联-串联放大器 (25)4.3 共栅放大器 (26)4.4 电感源极负反馈放大器 (28)4.4.1 电感源极负反馈放大器的结构 (28)4.4.2 增益 (29)4.4.3 功率约束噪声优化 (30)第五章 LNA电路设计与仿真 (32)5.1 引言 (32)5.2 设计指标要求 (33)5.3 单端低噪声放大器的设计 (33)5.3.1 主体电路设计 (33)5.3.2 输入匹配 (38)5.3.3 输出匹配 (40)5.3.4 偏置电路 (42)5.4 仿真结果及分析 (43)第六章总结与展望 (46)致谢 (47)参考文献 (48)一种用于射频接受机的2.4GHz低噪声放大器设计摘要：人们生产、生活的需要促进了无线通信技术的蓬勃发展，对射频模块的性能要求也越来越高。
lna的原理
lna的原理LNA（低噪声放大器）是一种常见的电子器件，主要用于增强信号，并降低信号中的噪声。
LNA在无线通信、射频设计以及仪器设备等领域有着重要的应用。
下面将介绍LNA的原理以及其工作方式。
LNA的原理基于放大器的工作原理，通过增加输入信号的幅度，使得信号能够被后续电路正常处理和解码。
同时，LNA还能减小信号中的噪声，确保信号的质量和稳定性。
LNA通常由两个主要部分组成：放大器和滤波器。
放大器负责对输入信号进行放大，使其达到后续电路所需的幅度。
而滤波器则负责滤除输入信号中的噪声，确保信号的纯净性。
在LNA中，放大器通常采用高增益的放大器组件，例如场效应晶体管（FET）。
FET具有高输入阻抗和低噪声系数的特性，使其成为设计中的理想选择。
通过调节放大器的工作点，可以实现对输入信号的放大。
另外，滤波器在LNA中的作用不可忽视。
滤波器可通过选择特定的频带，滤除不需要的信号频率，以避免功率损耗和频率干扰。
常见的滤波器类型包括带通滤波器和带阻滤波器，具体选择则取决于不同的应用需求。
在应用LNA时，还需要注意信号的输入/输出阻抗匹配。
阻抗匹配可以最大限度地传输能量，并减小信号反射的损耗。
因此，合适的输入/输出阻抗匹配是LNA设计中的关键步骤之一。
当设计LNA时，还需考虑功耗和稳定性等因素。
为了实现低功耗，可以采用低功耗的元器件，并通过优化电路结构来减小功耗。
而为了确保稳定性，在设计中需要考虑温度变化、电源噪声以及分析原理图中的非线性效应等方面。
总结一下，LNA是一种常见的电子器件，能够通过放大器和滤波器的协同作用，增强信号的幅度和质量。
在设计LNA时，需要注意对输入/输出阻抗的匹配，同时考虑功耗和稳定性等因素。
通过合理的设计和精确的参数配置，LNA能够满足各种应用需求，有效提升无线通信和射频设计的性能。
低噪声放大器的设计
一种900MHz频段低噪声放大器设计方法及测试结果本文介绍一种低噪声放大器的设计方法，对初学者可能有一定的借鉴作用。
关键词： LNA：低噪声放大器 IL：插入损耗ACPR：邻道功率比值 IM3：三阶交调EESOF\TOUCHSTN：八十年代流行的HP公司的小型微波软件一、任务的来源:受外单位的委托，要求设计一种低噪声放大器，具体要求如下：1.频率范围：820-960MHz2.增益：G≥45dB3.噪声系数：Nf≤1.54.带内平坦度：≤±0.2dB5.线性功率：P-1≥15dBm6.电调衰减：Att= 31dB (5bit)二、设计框架:1.放大器级数的考虑：由于常见器件有效实际增益为11～17dB，故此，3-4级方可满足增益要求。
经对比分析我们确定了以下方案：第一级：A TF10136 Nf=0.4dB G=13.5dB OIP3=18dBm第二级：MSA1105 Nf=4.1dB G=10.5 dB OIP3=25dBm第三级：SGA6586 Nf=2.6dB G=23.8dB OIP3=33dBm在第二级与第三级之间插入数字电调衰减器，其数字电调衰减器的最小IL为1.8dB，所以，总增益约为46dB。
2.噪声系数的计算：一个放大器的噪声系数主要取决于第一、二级放大管的Nf及Gain，见以下公式：NFs=NF1+(NF2-1)/G1+(NF3-1)/(G1G2)+……(NFn-1)/(G1G2…Gn-1) 式中：NFn为第n级器件的噪声系数Gn-1为第n-1级器件的增益基于产品批量生产的一致性考虑，经HP的EESOF\TOUCHSTN编程计算，将第一级FET优化设计成:Nf=0.85dB Gain=13.5dB，经以上公式计算得出噪声系数理论值为1.1dB，满足指标要求。
3.线性功率考虑：线性功率小，交调指标差，它将最终影响功放的ACPR 值和IM3；但是，过分地要求加大P-1，将增加电流消耗，降低了设备的可靠度，同时提高了造价，综合考虑诸多因素，SGA6586比较合适。
低噪声放大器(LNA)仿真与设计ADS.ppt
20.03.2019
三、低噪声放大器基础知识
（3）噪声系数 放大器的噪声系数是输入信号的信噪比与输出信 号的信噪比的比值，表示信号经过放大器后信号质量 的变坏程度。级联网络中，越靠前端的元件对整个噪 声系数的影响越大，在接收前端：必须做低噪声设计。 放大器的设计要远离不稳定区。噪声的好坏主要取决 于器件和电路设计。 （4）动态范围 放大器的线性工作范围。最小输入功率为接收灵 敏度，最大输入功率是引起1dB 压缩的功率。
与源阻抗无关，与负载阻抗有关 ; 资用功率增益：二端口网络输入资用功率与输出资用功率之比，源 端和负载端均共扼匹配，与源阻抗有关，与负载阻抗无关。它表示放 大器增益的最大潜力; 转换功率增益：负载吸收功率与二端口网络输入端的资用功率之比， 与两端阻抗都有关。
20.03.2019
三、低噪声放大器基础知识
20.03.2019
三、低噪声放大器基础知识
1.3 放大器常用元器件
1.两端负阻的二极管器件
变容二极管 ：参量放大
隧道二极管：隧道效应 耿氏二极管：转移电子 碰撞雪崩渡越时间二极管：雪崩渡越时间 特点：应用于放大器电路的早期器件，制造比较容易、便宜，
但是两端口器件实现增益的相关电路价格确比较昂贵，且稳定 性较差，调试工作困难。
20.03.2019
一、电路噪声的定义与分析
1.2 噪声的分类
内部噪声，在没有施加外部电流的情况下所能够观察到的噪声： 电阻的热噪声 额外噪声，只有施加外部电流的情况下才能够观察到的噪声： 1/f噪声 散粒噪声 外部噪声， 环境噪声 外部电子干扰噪声
20.03.2019
一、电路噪声的定义与分析
1.3 热噪声的定义
导体中的噪声功率表示为： P k T f k T B （1） n 其中K为波尔兹曼常数，T是绝对温度用K表示，
射频射频LNA设计
《射频集成电路设计》课程设计报告LNA的设计和仿真专业：集成电路班级：电子0604学号：200681131姓名：高丕龙LNA的设计和仿真一．实验目的：1.了解低噪声放大器的工作原理及设计方法。
2.学习使用ADS软件进行微波有源电路的设计，优化，仿真。
3.掌握低噪声放大器的制作及调试方法。
二．原理简介1.低噪声放大器低噪声微波放大器（LNA）已广泛应用于微波通信、GPS接收机、遥感遥控、雷达、电子对抗、射电天文、大地测绘、电视及各种高精度的微波测量系统中，是必不可少的重要电路。
LNA是射频接收机前端的主要部分，它主要有以下四个特点：首先，它位于接收机的最前端，这就要求它的噪声系数越小越好。
为了抑制后面各级噪声对系统的影响，还要求有一定的增益，但为了不使后面的混频器过载，产生非线性失真，它的增益又不宜过大。
放大器在工作频段内应该是稳定的。
其次，它所接受的信号是很微弱的，所以低噪声放大器必定是一个小信号放大器。
而且由于受传输路径的影响，信号的强弱又是变化的，在接受信号的同时又可能伴随许多强干扰信号输入，因此要求放大器有足够的线型范围，而且增益最好是可调节的。
再次，低噪声放大器一般通过传输线直接和天线或者天线滤波器相连，放大器的输入端必须和他们很好的匹配，以达到功率最大传输或者最小的噪声系数，并保证滤波器的性能。
最后，它应具有一定的选频功能，抑制带外和镜像频率干扰，因此它一般是频带放大器。
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在设计较高的频段低噪声放大器，通常选用场效应管FET和高电子迁移率晶体管（HEMT）。
影响放大器噪声系数的因素除了与所选用的选用元器件有关外，电路的拓扑结构是否合理也是非常重要的。
放大器的噪声系数和信号源的阻抗有关，放大器存在着最佳的信号源阻抗Zso，此时，放大器的噪声系数应该是最小的，所以放大器的输入匹配电路应该按照噪声最佳来进行设计，也就是根据所选晶体管的Гopt来进行设计。
利用ADS设计低噪声放大器LNA
利用ADS 设计LNA低噪声放大器设计的依据和步骤：•满足规定的技术指标噪声系数（或噪声温度）；功率增益；增益平坦度；工作频带；动态范围输入、输出为标准微带线，其特征阻抗均为50Ω步骤：• 放大器级数（对于我们，为了便于设计和学习，通常选择一级） • 晶体管选择 • 电路拓扑结构 • 电路初步设计•用CAD 软件进行设计、优化、仿真模拟一、低噪声放大器的主要技术指标1．LNA 的噪声系数和噪声温度 放大器的噪声系数NF 可定义如下outout in in N S N S NF //=式中，NF 为微波部件的噪声系数；S in ，N in 分别为输入端的信号功率和噪声功率； S out ，N out 分别为输出端的信号功率和噪声功率。
噪声系数的物理含义是：信号通过放大器之后，由于放大器产生噪声，使信噪比变坏；信噪比下降的倍数就是噪声系数。
通常，噪声系数用分贝数表示，此时)lg(10)(NF dB NF =放大器自身产生的噪声常用等效噪声温度T e 来表达。
噪声温度T e 与噪声系数NF 的关系是)1(0-⋅=NF T T e 式中，T 0为环境温度，通常取为293K 。
2．LNA 的功率增益、相关增益与增益平坦度微波放大器功率增益有多种定义，比如资用增益、实际增益、共扼增益、单向化增益等。
对于实际的低噪音放大器，功率增益通常是指信源和负载都是50Ω标准阻抗情况下实功率增益的大小还会影响整机噪声系数，下面给出简化的多级放大器噪声系数表达式： (112)13121+-+-+=G G N G N N N f f f f其中：f N －放大器整机噪声系数；321f f f N N N ，，－分别为第1，2，3级的噪声系数；21G G ，－分别为第1，2级功率增益。
从上面的讨论可以知道，当前级增益G 1和G 2足够大的时候，整机的噪声系数接近第一级的噪声系数。
因此多级放大器第一级噪音系数大小起决定作用。
作为成品微波低噪音放大器的功率增益，一般是20－50dB 范围。