正确选择低噪声放大器(LNA)
2.5GHz WiMAX低噪声放大器(LNA)设计
关键字：低噪声放大器LNA ATF-551M4负反馈放大器WiMAX又称为802.16无线城域网，是又一种为企业和家庭用户提供“最后一英里”的宽带无线连接方案。
因其能提供高速的数据业务以及对3G可能构成的威胁，使WiMAX在最近一段时间备受业界关注。
低噪声放大器是接收机的重要组成部分，它对降低接收链路的噪声系数(NF)，提高整个接收机的灵敏度起着至关重要的作用。
由于它位于接收机的最前端，所以要求它具有很小的噪声系数。
为了抑制后级元件对噪声系数的影响，又要求它具有合适的增益。
为了满足2.5GHZ WiMAX应用，要求该低噪声放大器在工作频段2.49～2.69GHz内能有>14dB的增益，<1dB的噪声系数。
为了降低接收机成本，该低噪声放大器基于低廉的FR4板材，并采用Avago的一款E-PHEMT(增强型伪高电子迁移率晶体管)ATF-551M4设计，ATF-551M4价格较ATF-54143更为便宜，同时ATF-551M4具有更低的漏级偏置电流，能够有效降低接收机功耗。
输入匹配电路设计为了满足系统设计要求的噪声系数，增益，同时获得好的线性度，选取该器件沟道电流(Ids)为30mA，漏极到源极电压为3V，根据ATF-551M4的datasheet3，该E-pHEMT晶体管具有如下典型值：2.5GHz S11=0.690∠-131.0°，3.0GHz S11=0.668∠-146.0°，2.4GHz F min= 0.45 F opt=0.33∠54°R n/50=0.09。
3.0GHz F min= 0.52 F opt=0.26∠79°R n/50=0.09。
可以看出最佳输入匹配点S11*与最小噪声匹配点F opt相差比较远，所以我们不可能同时获得较好的噪声系数和输入回损。
实际上，由于LNA离天线比较近，为了保证天线口良好的驻波比，我们对低噪声放大器的输入回损要求比较高，因此，需将低噪声放大器的输入匹配到最佳匹配点S11*。
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（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。
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。
低噪声放大器_LNA_的网络匹配设计方法研究
的阻抗有关， 因而与负载无关。一个晶体管， 当
它的源端所接信号源的阻抗等于它所求的最佳源
阻抗时， 由该晶体管构成的放大器的噪声系数最
小。又因为第一级噪声系数具有决定性作用， 所 以第一级放大器必须实现最佳噪声源阻抗设计。
２．２ 增益
放大器的增益首先与管子的跨导有关， 跨导 直接由工作点的电流决定； 其次， 放大器的增益 还与负载有关。低噪声放大器是频带放大器， 它 的 选 频 功 能 由 负 载 决 定 。 ＬＮＡ的 负 载 一 般 有 两 种 形式， 一是采用调谐的ＬＣ回路作负载， 并将下级 混频器的输入电容并入回路电容， 构成频带放 大， 既可选频也可提高增益； 二是ＬＮＡ后面接集 中选频滤波器， 则ＬＮＡ可以做成宽带的， 选频功 能由滤波器完成。这些滤波器为了便于使用， 其 输 入 、 输 出 电 阻 都 为５０ !或 一 些 标 准 的 特 定 数 值。ＬＮＡ输出端必须与滤波器相配， 以保证滤波 器的众多特性， 如插入损耗、带内波动以及带外 衰减等。但是由于负载阻抗太小， 增益不易太 高， 此时ＬＮＡ可以采用两级放大。我们从接收机 特点知道低噪声放大器的增益最好是可控制的。 在通信电路中， 控制增益的方法一般是改变放大 器的工作点、改变放大器的负反馈量、改变放大 器谐振回路的Ｑ值等， 这些改变都可通过载波电 平检测电路产生自动增益控制电压来实现。
［５］ 高洪民，费元春．ＧＰＳ接受机射频前端电路原理与设计
参考文献
［Ｊ］．电子技术应用 ，２００５，（２）：５５－ ５８． ［６］ 韩 洁，王 向 东．测 量 低 噪 声 放 大 器 的 噪 声 系 数［Ｊ］．国 外
［１］ 陈邦媛． 射频通信电路 ［Ｍ］． 北京： 科学出版社，２００３：
电子测量技术，２００５，（２）：３１－ ３３．
2.4低噪声放大器
2.4 低噪声放大器
接收机的灵敏度是指保证必要的输出信噪比 条件下，接收机输入 端所需的最小有用信号功 率，该信号功率越低，则接收机灵敏度越高，表 示接收微弱信号的能力越强。
EXIT
高频电子线路
2.4 低噪声放大器
2.4.3低噪声放大器的设计
一、对低噪声放大器的要求 （1）噪声系数小。 （2）功率增益高。 （3）动态范围大。 （4）与信号源很好地匹配。 （5）足够的带宽，工作稳定可靠。
电阻热噪声有极宽频谱(0~1014Hz),且各频率分量强度相等， 频谱与白光谱类似。这种具有均匀连续频谱的噪声称为白噪声。
只有位于放大器通频带内的那部分噪声才能通过，所以电阻 噪声是很小的，只有有用信号很小时，它才成为影响信号质量的 重要因素。频带越宽、温度越高、阻值越大，产生的噪声也越大
EXIT
高频电子线路
二、晶体管的噪声
散粒噪声
2.4 低噪声放大器
由于基区中IC 、 IB 分配比例的随机变化， 分配噪声 造成IC 在静态值上下起伏变化所引起的噪声。
闪烁噪声 热噪声
表现为IE的起伏。一般认为由于晶体管清洁处 理不好或有缺陷引起。
其频谱集中在约1kHz以下，且功率谱密度与 频率成反比。因此，也称为低频噪声或1/f噪声。
EXIT
高频电子线路
2.4 低噪声放大器
三、多级放大器的噪声系数
NF
NF1
NF2 1 Apm1
NF3 1 Apm1Apm2
NFn 1 Apm1Apm2 Apm(n-1)
多级放大器的噪声系数主要由前级的噪声系 数所确定，前级噪声系数越小，额定功率增益越 高，则多级放大器的噪声系数就越小。
EXIT
高频电子线路
lna kp参数
lna kp参数一、什么是LNA？LNA（Low Noise Amplifier）是一种低噪声放大器，用于增加信号的强度，同时尽可能地减小噪声的影响。
在无线通信系统中，LNA通常用于接收天线信号，并将其放大到合适的水平，以便后续的处理。
二、LNA的作用LNA在无线通信系统中起到至关重要的作用。
它主要有以下几个作用：1.增益：LNA能够增加信号的强度，使得信号能够被后续的电路正确处理。
在无线通信中，信号强度往往非常微弱，需要经过放大才能被有效地处理。
2.降噪声：LNA能够减小系统中的噪声影响，提高信号的质量。
噪声是无线通信系统中的一大挑战，它会降低信号的信噪比，影响通信质量。
通过使用低噪声放大器，可以有效地降低系统中的噪声水平。
3.阻抗匹配：LNA能够实现天线与后续电路之间的阻抗匹配，提高信号的传输效率。
在无线通信系统中，天线与后续电路之间的阻抗匹配非常重要，它能够最大限度地将信号传输到后续电路中，避免信号的反射和损耗。
三、LNA的关键参数在设计和选择LNA时，有几个关键参数需要考虑：1. 增益增益是LNA最重要的参数之一，它表示LNA放大信号的能力。
增益通常以分贝（dB）为单位来表示。
在选择LNA时，需要根据具体的应用需求来确定所需的增益水平。
2. 噪声系数噪声系数是衡量LNA噪声性能的重要指标。
它表示LNA对输入信号添加的噪声水平。
噪声系数以分贝（dB）为单位来表示，数值越小表示噪声性能越好。
3. 输入和输出阻抗输入和输出阻抗是LNA的另外两个重要参数。
输入阻抗表示LNA对输入信号的阻抗要求，输出阻抗表示LNA对后续电路的阻抗要求。
阻抗匹配是确保信号传输效率的关键因素。
4. 带宽LNA的带宽表示LNA能够放大的信号频率范围。
带宽越宽，LNA能够处理的信号范围就越广。
在选择LNA时，需要根据具体应用的频率范围来确定所需的带宽。
四、LNA KP参数在设计和选择LNA时，KP参数是需要考虑的重要指标。
低噪声放大器
特点
相噪低 相噪高 功率小 功率小 相噪低
适用电路
放大振荡 功率放大 小信号放 大 小信号放 大 放大振荡
价格
低 中 高 高 高
2-10 2-40 2-40
HBT
1-40
关于放大管（续）
根据要求选定放大管后，首先要做的事情就是根据管子 提供的参数经过计算判断他的稳定性，一个稳定的系统才能 正常工作。那么怎么判断晶体管的稳定性呢？ 我们从反射系数的角度出发，那就是当反射系数的模小于1的 时，系统才是稳定的。（？）经过一些计算最终我们得到下 面判别条件：
直流偏置电路设计（续）
选择静态电流 的原则
直流偏置电路设计（续）
直流偏置电路设计（续）
直流偏置电路设计（续）
直 流 偏 置 电 路 设 计 （续 ）
直流偏置电路设计（续）
4、微波控制电路
根据我们的实际，微波控制电路主要采用反馈控制方式， 我们主要介绍ALC（Automatic Level Control），它的常见应 用就是AGC（ Automatic Gain Control ），其他的反馈控制还 有AFC（ Automatic Frequency Control ）和PLL（Phase Lock Loop），下面以功率控制为例介绍ALC电路原理应用。
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正确选择低噪声放大器(LNA)
该应用笔记检验了影响放大器噪声的关键参数，说明不同放大器设计(双极型、JFET输入或CMOS输入设计)对噪声的影响。
本文还阐述了如何选择一款适合低频模拟应用(如数据转换器缓冲、应变仪信号放大和麦克风前置放大器)的低噪声放大器。
基于CMOS输入放大器，MAX4475，举例说明多数低频模拟应用中这种新型CMOS放大器的设计优势。
目前，有关低噪声放大器的讨论常常关注于RF/无线应用，但实际应用中，噪声对于低频模拟产品(如数据转换器缓冲、应变仪信号放大和麦克风前置放大器)也有很大影响，是一项重要的考虑因素。
为了选择一款合适的放大器，设计工程师必须首先了解放大器是否拥有低噪声特性和相关的噪声参数。
另外，还要了解不同类型放大器(双极型、JFET输入或CMOS输入)的噪声参数差异。
噪声参数
尽管影响放大器噪声性能的参数有很多，但最重要的两个参数是：电压噪声和电流噪声。
电压噪声是指在没有它噪声干扰的情况下，放大器输入短路时出现在输入端的电压波动。
电流噪声是指在没有其它噪声干扰的情况下，放大器输入开路时出现在输入端的电流波动。
描述放大器噪声的典型指标是噪声密度，也称作点噪声。
电压噪声密度单位为nV/√Hz，电流噪声密度通常表示为pA/√Hz。
在低噪声放大器数据资料中可以找到这些参数，而且，一般给出两种频率下的数值：
一个是低于200Hz的闪烁噪声；另一个是在1kHz通带内的噪声。
简单起见，这些测量值以放大器输入端为参考，不需要考虑放大器增益。
图1所示为电压噪声密度与频率的对应关系曲线。
噪声曲线与两个主要的噪声成份有关：闪烁噪声和散粒噪声。
闪烁噪声是所有线性器件固有的随机噪声，也称作1/f 噪声，因为噪声振幅与频率成反比。
闪烁噪声通常是频率低于200Hz时的主要噪声源，如图1所示。
1/f角频率是指噪声大小基本相同、不受频率变化影响的起始频率。
散粒噪声是流过正向偏置pn结的电流波动所造成的白噪声，也出现在该频段。
值得注意的是：电压噪声的1/f角频率与电流噪声的1/f角频率可能会不同。
图1. 电压噪声密度与频率的关系曲线，主要受两种噪声源的影响：闪烁噪声和散粒噪声。
闪烁噪声或1/f噪声与频率成反比，是频率低于200Hz时的主要噪声源。
放大器电路的总噪声取决于放大器本身、外部电路阻抗、增益、电路带宽和环境温度等参数。
电路的外部电阻
所产生的热噪声也是总噪声的一部分。
图2所示为放大器和相关噪声成份的实例。
图2. 放大电路的源阻抗决定占主导地位的噪声类型，源阻抗升高时，电流噪声为主要来源。
计算总噪声
特定频率下运算放大器总输入噪声的标准表达式为：
其中：R n=反相输入等效串联电阻
R p=同相输入等效串联电阻
e n=特定频率下输入电压噪声密度
i n=特定频率下输入电流噪声密度
T=以开尔文(°K)为单位的绝对温度
k=1.38 x 10-23 J/°K (波尔兹曼常数)。
公式1是指定频率下噪声与带宽对应关系。
为计算总噪声，用et (以nV/√Hz为单位)乘以带宽的平方根即可。
例如，如果放大器的带宽范围为100Hz至1kHz，那么，下式就是整个带宽范围内的总噪声：
上述例子给出了电压噪声和电流噪声在整个带宽范围内固定时，总噪声的计算公式(适用于放大器电路带宽的较低频率值大于运算放大器的电压噪声和电路噪声1/f频率的情况)。
如果电压噪声和电流噪声在整个带宽范围内是变化的，那么总噪声的计算公式要更复杂。
根据公式1和图2可很容易地看出电路源阻抗对噪声的影响。
源阻抗较低的系统，电压噪声是主要的噪声来源；源阻抗增大时，电阻噪声占主导地位，甚至可以忽略放大器的电压噪声。
源阻抗继续增大时，电流噪声成为噪声的主要因素。
放大器设计对噪声性能的影响
噪声性能是放大器设计的一个考虑因素，三种常见的低噪声放大器分别为：双极型、JFET输入和CMOS输入。
尽管每种设计都能提供低噪声特性，但其性能不同。
双极型放大器
双极型放大器是低噪声放大器中最常见的选择。
低噪声、双极型放大器，如MAX410，可提供极低的输入电压噪声密度(1.8nV/√Hz)和相对较高的输入电流噪声密度(1.2pA/√Hz)。
该类放大器的单位增益带宽的典型值小于30MHz。
为确保从双极型运算放大器获得低电压噪声，IC设计人员会在输入级设置较高的集电极电流。
这是因为电压噪声与输入级集电极电流的平方根成反比；然而，运算放大器电流噪声与输入级集电极电流的平方根成正比。
因此，外部反馈和源阻抗必须尽可能低，以获得较好的噪声性能。
输入偏置电流与输入集电极电流成正比，因此必须使源阻抗尽可能低，以便降低偏置电流产生的失调电压。
双极型放大器的电压噪声通常在其等效源阻抗小于200Ω时占主导地位。
较大的输入偏置电流以及相对较大的电流噪声使双极型放大器非常适合源阻抗较低的应用。
JFET输入放大器
与双极型设计相比，JFET输入低噪声放大器具有超低输入电流噪声密度(0.5fA/√Hz)，但输入电压噪声密度相对较大(大于10nV/√Hz)，JFET设计允许单电源工作。
1pA的输入偏置电流使JFET放大器非常适合高阻抗信号源应用。
但是，由于JFET放大器的电压噪声较大，在源阻抗较低的应用中，它通常不是设计工程师的首选。
CMOS输入放大器
新型CMOS输入低噪声放大器能够提供与双极型设计相当的电压噪声指标。
CMOS输入放大器的电流噪声与最好的JFET输入设计相当，甚至优于JFET输入放大器。
例如，MAX4475具有低输入电压噪声密度(4.5nV/)和低输入电流噪声密度(0.5fA/)，单电源供电时可提供超低失真(0.0002% THD+N)。
这些特性使得CMOS输入放大器成为低失真、低噪声应用(如音频前置放大器)的最佳选择。
另外，CMOS输入放大器允许非常低的输入偏置电流、低失调电压和非常高的输入阻抗，能够满足源阻抗较高的信号调理，如：图3所示的光电二极管前置放大电路。
图4所示为用于16位DAC输出的缓冲器。
图3. 采用CMOS输入的低噪声放大器具有非常低的偏置电流和失调电压，以及非常高的输入阻抗。
这些器件非常适合源阻抗较高(如光电二极管前置放大器)的信号调理。
图4. 低噪声性能和低输入偏置电流使得CMOS输入放大器成为16位DAC输出缓冲器的理想选择。
结论
没有一种放大器能够适合所有应用。
表1总结了三种常见放大器设计的典型噪声参数。
比较所有的噪声源，可以看出：新型CMOS输入放大器(例如
MAX4475)能够为较低频率的模拟应用和绝大多数前端应用提供最佳的噪声指标，特别是高源阻抗、宽带设计。