低噪声放大器..
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。
低噪声放大器工作原理
低噪声放大器工作原理
低噪声放大器是一种能够放大弱信号且尽量减少添加噪声的电子设备。
其工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 信号输入：低噪声放大器的输入端接收来自于传感器或其他信号源的弱信号。
2. 信号放大：接收到的弱信号经过低噪声放大器的放大器部分，通过使用合适的放大电路（如晶体管或运放等），使信号得到放大。
3. 降噪处理：为了减少放大过程中引入的噪声，低噪声放大器通常会采取一系列的降噪处理措施。
例如，可以通过使用低噪声元件、降低放大器的温度、减小放大器的带宽等方式来降低噪声。
4. 输出信号：经过放大和降噪处理后，信号被送到低噪声放大器的输出端。
输出信号可以进一步传递给其他电路或设备，供后续处理和分析。
总的来说，低噪声放大器通过放大输入信号并尽可能地减少噪声水平，提供了清晰、可靠的放大后输出信号。
这使得低噪声放大器在许多领域中广泛应用，如无线通信、生物医学、天文学等。
低噪声放大器的原理
低噪声放大器的原理
低噪声放大器是一种电子设备，用于放大电信号，同时尽量减小噪声的干扰。
其原理主要包括以下几个方面：
1. 输入电路设计：低噪声放大器的输入电路采用高阻抗、低噪声的元件和结构设计，以减小对输入信号的干扰。
常见的设计技巧包括使用高阻抗输入电路、采用薄膜电阻、陶瓷电容等元件，以及合理布局和屏蔽设计等。
2. 放大器结构：低噪声放大器通常采用共基极、共集极或共源极等结构，以提供高增益和低噪声。
其中，共源极结构被广泛应用于射频放大器，其工作原理是利用场效应管的高输入阻抗和低噪声系数。
3. 负反馈设计：通过引入负反馈，可以有效降低放大器的噪声系数。
负反馈可以利用输出与输入之间的比例关系来抵消放大器内部的噪声。
常见的负反馈设计技巧包括采用电阻网络、差分输入等。
4. 电源噪声抑制：低噪声放大器需要通过设计合理的电源滤波电路来减少电源噪声的影响。
这可以通过使用电源滤波电容、电感等元件来实现。
总体来说，低噪声放大器通过合理的电路设计和结构选择，以及负反馈和电源噪声抑制等技术手段，目的是尽量减小放大器本身引入的噪声，从而提供纯净的放大信号。
低噪放工作原理
低噪放工作原理嘿，你知道低噪放不？这玩意儿可神奇啦！低噪放，全称低噪声放大器，就像是信号世界里的超级英雄。
它的工作原理呢，其实并不复杂，但却超级重要。
低噪放主要是用来放大微弱的信号，同时又不能引入太多的噪声。
这就好比在一个安静的房间里，你想让一个微弱的声音变得更大，但又不能让其他乱七八糟的声音也跟着变大。
如果把信号比作一个脆弱的小宝贝，那么低噪放就是那个温柔又强大的守护者，小心翼翼地把小宝贝呵护起来，让它茁壮成长。
低噪放是怎么做到既放大信号又不增加太多噪声的呢？这就涉及到一些高科技啦！它通过精心设计的电路和元件，对输入的信号进行处理。
就好像一个技艺高超的厨师，精心挑选食材，巧妙搭配调料，做出一道美味又健康的菜肴。
低噪放挑选的“食材”就是那些微弱的信号，而它的“调料”就是各种电子元件和电路设计。
在低噪放的内部，有很多神奇的东西在发生着作用。
比如说，晶体管就是其中的关键角色。
晶体管就像是一个个小卫士，站岗放哨，控制着信号的流动。
它们可以根据需要放大信号，或者阻止噪声的进入。
这难道不厉害吗？还有啊，低噪放的设计也非常讲究。
它需要考虑很多因素，比如频率范围、增益、噪声系数等等。
这就像是给自己打造一身合身的铠甲，既要坚固耐用，又要轻便灵活。
如果设计得不好，就可能会出现各种各样的问题，比如信号失真、噪声过大等等。
低噪放的应用可广泛啦！在无线通信、雷达、卫星通信等领域都发挥着重要的作用。
想象一下，如果没有低噪放，我们的手机信号可能会变得非常微弱，甚至无法通话。
雷达也可能无法准确地探测到目标，卫星通信也会受到很大的影响。
这可真是不敢想象啊！低噪放的发展也是日新月异。
随着科技的不断进步，低噪放的性能也在不断提高。
它变得越来越小、越来越轻、越来越高效。
这就像是一个不断进化的生物，适应着环境的变化，变得越来越强大。
总之，低噪放是一个非常神奇的东西。
它的工作原理虽然不复杂，但却充满了科技的魅力。
它就像一个默默奉献的英雄，为我们的生活带来了很多便利。
低噪声放大器 核心参数
低噪声放大器核心参数低噪声放大器（Low Noise Amplifier，LNA）是一种用于增加信号幅度而又尽量减小噪声的放大器。
在无线通信、雷达、卫星通信和其他接收系统中，低噪声放大器起到了至关重要的作用。
为了设计出性能优越的低噪声放大器，需要对其核心参数有深入的了解。
在本文中，我们将详细介绍低噪声放大器的核心参数，并对其进行分析和讨论。
1. 噪声指标低噪声放大器最为重要的参数之一就是噪声指标。
噪声指标通常用于描述放大器在增益条件下的噪声性能。
常见的噪声指标包括噪声系数（Noise Figure，NF）、噪声温度（Noise Temperature，Tn）、噪声系数与增益的乘积（Gain Bandwidth Product，GBP）等。
噪声系数是描述放大器引入信号噪声的指标，一般以分贝（dB）为单位，数值越小代表噪声性能越好。
而噪声温度描述了放大器引入的噪声相当于理想传输线路引入的噪声温度，单位为开尔文（K）。
噪声系数与增益的乘积则是评价放大器噪声性能的综合指标。
2. 增益增益是低噪声放大器的另一个核心参数。
增益表示放大器输出信号与输入信号的幅度比值，通常用分贝（dB）表示。
增益越大意味着放大器输出信号的幅度增加的越多，但也需要注意，在增益增大的同时可能会伴随着噪声的增加。
低噪声放大器需要在保证足够增益的前提下尽量减小噪声。
3. 带宽低噪声放大器的带宽也是一个重要参数。
带宽指的是在放大器工作范围内的频率范围，通常用赫兹（Hz）表示。
低噪声放大器需要具有足够的带宽，以确保对输入信号的覆盖范围足够广，同时也需要避免出现频率失真等问题。
4. 饱和输入功率饱和输入功率也是低噪声放大器的重要参数之一。
饱和输入功率指的是在放大器输出的信号出现压制之前，输入信号的功率大小。
通常用分贝毫瓦（dBm）来表示。
饱和输入功率越大，意味着放大器能够承受更大的输入信号功率而不至于出现失真等问题。
5. 稳定性低噪声放大器的稳定性也是一个重要的核心参数。
《低噪声放大器设计》课件
低噪声放大器（LNA）是一种专门设计的电子器件，主要用于接收微弱信号并 进行放大。在无线通信、雷达、电子战等领域中，低噪声放大器被广泛应用于 提高信号的信噪比，从而提高接收系统的灵敏度和性能。
低噪声放大器的性能指标
总结词
低噪声放大器的性能指标主要包括增益、噪声系数、线性度等。
详细描述
增益是低噪声放大器的重要指标，表示放大器对输入信号的放大倍数。噪声系数是衡量低噪声放大器性能的重要 参数，表示信号在放大过程中引入的噪声量。线性度则表示放大器在放大信号时保持信号不失真的能力。
采取电磁屏蔽、滤波等措施， 减小外部噪声对放大器性能的 影响。
降低闪烁噪声
采用适当的偏置条件和频率补 偿，降低闪烁噪声的影响。
03
CATALOGUE
低噪声放大器的电路设计
晶体管的选择
总结词
晶体管的选择是低噪声放大器设计的关 键，需要考虑其噪声性能、增益、稳定 性等参数。
VS
详细描述
在选择晶体管时，需要考虑其噪声性能， 通常选用低噪声晶体管以减小放大器的噪 声。同时，需要考虑晶体管的增益，以保 证放大器能够提供足够的增益。此外，稳 定性也是需要考虑的一个重要参数，以确 保放大器在工作时不会发生振荡或失真。
匹配网络的设计
总结词
匹配网络的设计对于低噪声放大器的性能至 关重要，其主要作用是减小信号反射和减小 噪声。
详细描述
匹配网络是低噪声放大器中不可或缺的一部 分，其主要作用是减小信号反射和减小噪声 。设计时需要考虑阻抗匹配和噪声匹配，以 使信号尽可能少地反射回源端，同时减小放 大器的噪声。常用的匹配网络有LC匹配网络 、微带线匹配网络等。
《低噪声放大器设 计》ppt课件
目 录
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。
低噪声放大器的设计与实现
低噪声放大器的设计与实现低噪声放大器是一种特殊的放大器，它主要用于在频率范围内放大微小信号，且尽可能地减小噪声干扰。
在现代电子通信、无线网络、雷达等领域都有广泛的应用。
本文将介绍低噪声放大器的设计与实现，同时探讨一些常见的优化方法。
一、低噪声放大器的设计基本原理低噪声放大器的实现需要满足多个条件，如宽带、低噪声、高增益、稳定性等，这些条件相互制约，需要在设计时进行平衡考虑。
首先，低噪声放大器需要使用低噪声信号源作为输入，这样才能尽可能减少噪声产生的影响。
其次，为了达到高增益的要求，可以使用多级放大器来实现。
不过，每一级放大器都会引入一些噪声，因此需要对每一级放大器进行优化，以达到低噪声的目标。
低噪声放大器的设计还要满足传输线和匹配网络的要求。
传输线的设计需要尽可能减少传输线的损耗和噪声，同时匹配网络的设计则需要将输出端的负载和输入端的驱动电路匹配，以保证信号传输的最大功率。
二、低噪声放大器的实现方法低噪声放大器的实现方法有很多种，这里我们介绍一种常用的方法：差分放大器。
差分放大器是一种基于差分放大器电路结构而形成的放大器，它有两个输入，每个输入通过独立放大的电路，输出相减。
差分放大器可以通过噪声消除的方式减少输入信号中的噪声干扰，同时也可以增加信号的线性范围和热稳定性。
差分放大器的实现需要使用两个宽带放大器，一个用于正向增益，一个用于反转增益。
为了保证放大器的相位稳定性和增益平衡，需要使用一些调节网络和补偿电路。
其中，调节网络可以在信号到达输入端时调整放大器的增益，从而保证放大器的线性度。
而补偿电路则可以减少放大器中信号反馈的影响，提高放大器的稳定性。
三、低噪声放大器的优化方法在低噪声放大器的设计中，需要综合考虑多种因素，如噪声、增益、速度、频率响应等。
针对这些因素，有几种常用的优化方法可以帮助提高低噪声放大器的性能。
1. 选择适当的放大器器件放大器的选型是影响低噪声放大器性能的重要因素。
选择合适的放大器器件可以大大提高低噪声放大器的增益和灵敏度。
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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
传输线偏置电路
2. 阻抗匹配/转换电路设计 噪声系数、功率、效率和调失真比等指标。 LNA阻抗匹配/转换电路设计步骤 1）确定要求的最小噪声源阻抗 2）将最小噪声源阻抗匹配到输入信号源阻抗 （输入阻抗匹配网络） 3）确定放大器输出阻抗
阻抗匹配/转换电路设计取决与放大器要求的增益、
电路中各元件的物理意义
vBE 1） r iB
Q
gm
为输出交流短路时的输入电阻 为正向传输跨导
iC 2） g m vBE
Q
I CQ VT
vCE 3） r0 iC
Q
VA 为输入交流短路下的输出阻抗 I CQ
4） C C je Cb
C je 为正偏发射结电容
直流偏置电路有两种类型，一种是无源偏置，另一
种为有源偏置。无源偏置又分为固定基流偏置、基
极分压射极偏置和传输线偏置三种形式。
1） 固定基流偏置电路
固定基流偏置电路电路 结构比较简单，但当温度、 电源电压变化或更换参数不 同的BJT时，直流工作点Q （ IC 、 VCE ）会明显变化。
固定基流偏置电路
第五章 低噪声放大器
通信与信息工程学院
本章主要内容
低噪声放大器概述
低噪声放大器的性能指标
晶体管高频等效电路 低噪声放大器设计
低噪声放大器实例
本章学习重点和难点
低噪声放大器是接收机的关键组成部分， 在整个通信系统的射频前端设计中占据重要 地位。
本章重点讲解低噪声放大器的性能指标、 基本结构和基本设计方法。低噪放的基本设 计原理是本章的难点。
功耗下获得大增益。
工艺技术 Bipolar BiCMOS SiGe HBT 截止频率 fT (GHZ) 25 – 50 10 – 20 40 - 80
2） GaAs 工艺 GaAs 是一种化合半导体材料，性能未定，工
艺成熟，它的最高频率可达到 50-100GHz。
3） CMOS 工艺
CMOS器件噪声低，线性度好，可将通信系统
工作点电流电压的改变会使BJT小信号参数改变，从 而使放大器的性能指标不稳定，甚至振荡。
2）基极分压射极偏置电路
基极分压射极偏置电路 是一种可以稳定工作的电路 结构。电路中利用电阻 RE 引入电流采样电压求和式的 负反馈，当某种原因（如温 度升高，电源电压增加或更 基极分压射极偏置电路 换更大 的BJT）使得工作 点的 IC 增加时，则电路中直流负反馈作用可以抑制 IC 的增加，使得放大器的静态工作点相当稳定。
（4） 增益
增益要适中
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 增益取决于
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
1. 确定直流工作点Q，设计直流偏置电路。 2. 确定Q点下有源器件特性(稳定性、增益、噪 声系数、功率、效率、交调失真比等)。 3. 设计阻抗匹配/转换电路，实现要求的放大器 性能。 4. 设计控制和保护电路（按需要）。
三、放大器各部分电路设计 1. 直流（电压/电流）偏置电路设计 直流偏置电路的功能是为有源器件提供选择的工作 点，其本质是一个低通滤波器，起到通直流，隔交 流的作用。
1.双极型晶体管共射小信号等效电路
共射放大器原理图 基极偏置VBEQ 决定基极偏置电流 IBQ 集电极电源 VCC 负载电阻 RL 基极电流与偏置 电压关系图 共同决定工作点Q
输入信号为 v s,
vBE VBEQ vs
q vBE kT
输出电流公式 iC I S e
ICQe
q vs kT
§5.1 低噪声放大器概述
一、低噪声放大器简介
低噪声放大器（low-noise amplifier，简称LNA） 是射频接收机前端的主要部分。要求具有最小的噪声 系数、较大的增益、足够的动态范围、输入端良好匹 配和一定的频带选择等性能。
低噪声放大器工作在A类，其导通角为360度。在 进行小信号放大，基本可以做到线性放大，故经过放 大后的信号线性失真很小。
二、低噪声放大器在通信射频前端的位置
例：单次变频超外差式接收机
由于天线接收输入信号通常很小,需要对其进 行放大，但为了尽可能地少的引入噪声，故采 用低噪声放大器对天线接收的微弱信号进行放 大。
三、低噪声放大器的主要特点 ⑴ LNA靠近接收机的最前端，要求它的噪 声系数越小越好。
⑵ LNA所接受的信号是很微弱的，故它是一 个信号线性放大器。
（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 小 m （2）工作频率——取决于晶体管的特征频率 fT
gm gm fT 2 (c c ) 2 C
与工作点有关
取决于半导体工艺
（3）噪声系数 线性网络：
(Vn I n RS )2 F 1 4kTBRS
场效应管的单位电流增益频率为
gm gm fT 2 (Cgs Cgd ) 2 Cgs
§5.4 低噪声放大器设计
一、低噪声放大器基本电路
放大器的结构框图 如上图所示，放大器电路包括： 1.直流（电压/电流）偏置电路
2.阻抗匹配/转换电路 3.控制和保护电路（按需要）
二、低噪放设计的基本任务
（bipolar）、 GaAs 和 CMOS 工艺。
1）双极工艺：纯双极（pure bipolar）--BJT,
BiCMOS 和 SiGe HBT（异质结双极管）与 CMOS
相比，双极晶体管有两个优点：
① 相同的偏置电流下，跨导大，可使放大器在较小 的功耗下获得大增益。 ② 有较高的增益带宽积，可以提高放大器在较小的
⑶ 低噪声放大器的输入端必须与前接的天线 滤波器或天线匹配。
⑷ 低噪声放大器应具有一定的选频能力，因 此它一般是频带放大器。
§5.2 低噪声放大器的性能指标 例：0.5um GaAs FET 和 0.8um Si Bipolar 工艺的低噪声放大器指标。
指标 电源电压 电源电流 频 率 噪声系数NF 增益Gain 0.5μ m GaAs FET 3.0V 4.0mA 1.9GHZ 2.8dB 18.1dB 0.8μ m Si Bipolar 1.9V 2.0mA 1.9GHZ 2.8dB 9.5dB
3）传输线匹配电路
传输线匹配网络具有良好的通用性，它可在任意 输入阻抗和实部不为零的负载阻抗之间形成匹配，此 匹配电路特别适用于GHz以上的射频电路，由于节约 元器件，故能减小成本。
4）传输线-分立元件混合型匹配网络
传输线-分立元件混合型匹配网络的特点： 1）传输线和分立元件电容混合使用，可以减小匹配 网络尺寸，有利于高频集成电路设计。 2）不使用分立元件电感，可降低整个匹配网络的电 阻性损耗。 3）可增加元件，以增强电路的调谐性能。
引起反向传输的原因在于晶体管的集电极和基极 间的级间电容 以及电路中寄生参数的影响，它 C bc 们也是造成放大器不稳定的原因。
通常采用中和电容法及晶体管共射共基（或共 源共栅）结构提高稳定性。
§5.3 晶体管高频等效电路
一、射频集成电路工艺 现代移动通信的发展要求低成本，低功耗， 高集成的集成电路，为了实现射频集成，选择 合适的工艺技术很重要。 目前常用的射频集成电路工艺有：双极
双极晶体管
rbb ' g m RS rbb ' 1 1 F 1 1 Rs 2 g m RS 2 Rs 2 g m RS
场效应管 分析：
1 1 F 1 RS g m
①放大器的噪声与工作点有关—— g m
②双极晶体管放大器的噪声与基区体电阻 rbb` 有关 ③放大器噪声系数与信号源内阻有关
4）匹配输出阻抗电路类型 1）L型匹配电路
L型匹配电路是最简单的匹配电路类型，但其Q值 固定，且存在匹配禁区。