限幅低噪声放大器的研究
一种高增益低噪声低功率跨阻放大器的设计与实现
第３２卷 第３期２００９年６月电子器件ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌＯｆＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓＶｏｌ．３２ Ｎｏ．３Ｊｕｎ．２００９ＤｅｓｉｇｎａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆａＨｉｇｈＧａｉｎＬｏｗＮｏｉｓｅａｎｄＬｏｗＰｏｗｅｒＴｒａｎｓ－ＩｍｐｅｄａｎｃｅＡｍｐｌｉｆｉｅｒ倡ＴＡＮＧＬｉｔｉａｎ，ＺＨＡＮＧＨａｉｙｉｎｇ倡，ＨＵＡＮＧＱｉｎｇｈｕａ，ＬＩＸｉａｏ，ＹＩＮＪｕｎｊｉａｎ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｈｉｇｈｇａｉｎ，ｌｏｗｎｏｉｓｅａｎｄｌｏｗｐｏｗｅｒｔｒａｎｓ－ｉｍｐｅｄａｎｃｅａｍｐｌｉｆｉｅｒｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｕｓｉｎｇＴＳＭＣ０．１８μｍＣＭＯＳｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ａｉｍｉｎｇａｔｓｏｍｅｐｒａｃｔｉｃｅｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｈａｖｉｎｇａｈｉｇｈｐａｒａｓｉｔｉｃｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｏｆ３ｐＦ，ＲＧＣｉｎｐｕｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈｏｕｔｆｅｅｄｂａｃｋｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｉｓｕｓｅｄｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｇｏｏｄｔｒａｄｅｏｆｆｂｅｔｗｅｅｎｇａｉｎ，ｂａｎｄｗｉｄｔｈ，ｎｏｉｓｅ，ｄｙｎａｍｉｃｒａｎｇｅａｎｄｌｏｗｅｒｐｏｗｅｒｖｏｌｔａｇｅ．Ｔｅｓｔｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅ：ｔｈｅｓｉｎｇｌｅ－ｅｎｄｔｒａｎｓ－ｉｍｐｅｄａｎｃｅｇａｉｎｉｓ７８ｄＢ・Ω，ｔｈｅ－３ｄＢｂａｎｄ－ｗｉｄｔｈｉｓｂｅｙｏｎｄ３００ＭＨｚ，ｔｈｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｉｎｐｕｔｃｕｒｒｅｎｔｎｏｉｓｅｓｐｅｃｔｒａｌｄｅｎｓｉｔｙａｔ１００ＭＨｚｉｓ６．３ｐＡ／Ｈｚ，ａｎｄｔｈｅｐｏｗｅｒｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｉｓｏｎｌｙ１４．４ｍＷ．Ｔｈｅｄｉｅｓｉｚｅ（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇａｌｌｔｈｅＰＡＤｓ）ｉｓａｓｓｍａｌｌａｓ５００μｍ×４６０μｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓ－ｉｍｐｅｄａｎｃｅａｍｐｌｉｆｉｅｒ；ｒｅｇｕｌａｔｅｄｃａｓｃｏｄｅ（ＲＧＣ）；ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｉｎｐｕｔｃｕｒｒｅｎｔｎｏｉｓｅｓｐｅｃｔｒａｌｄｅｎｓｉｔｙ；０．１８μｍＣＭＯＳｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＥＥＡＣＣ：２５７０Ｄ；１２２０；５２３０一种高增益低噪声低功耗跨阻放大器设计与实现倡唐立田，张海英倡，黄清华，李 潇，尹军舰（中国科学院微电子研究所微波器件与电路研究室，北京１０００２９）收稿日期：２００９－０２－２０基金项目：国家自然科学基金资助（６０２７６０２１）；国家重点基础研究发展规划项目资助（Ｇ２００２ＣＢ３１１９０１）作者简介：唐立田（１９８３－），男，目前为中国科学院微电子研究所硕士研究生，主要研究方向为模拟与射频集成电路设计，ｔａｎｇ２００３８３１＠１６３．ｃｏｍ；张海英，女，研究员，中科院微电子所微波器件与集成电路实验室副主任，ｚｈａｎｇｈａｉｙｉｎｇ＠ｉｍｅ．ａｃ．ｃｎ摘 要：采用ＴＳＭＣ０．１８μｍＣＭＯＳ工艺设计并实现了一种高增益、低噪声和低功耗跨阻放大器。
宽带高动态范围限幅放大器
选择内部增益级的主要考虑因素包括工作频率范围、增益与温 度的关系、增益平坦度、饱和谐波成分、非线性性能。成功的 限幅放大器设计应该最大程度地减少增益级和专用器件数，以 减少热补偿和平坦度问题。此外，设计成功很大程度上还取决 于器件最大输入功率额定值，以及所选增益级的压缩特性。为 了完成具有40 dB限幅动态范围要求的设计，建议部署至少四个 增益级，理想情况下，每个放大器级将在小于10 dB的压缩条件 下工作。四个增益级还应在温度范围内充分实现4放大器或低 噪声放大器(LNA)适合用于限幅放大器设计。噪声系数要求通常 需要使用低噪声放大器，而不是增益模块放大器。但是，由于 RF输入功率额定值通常较低，LNA增益级可能带来设计挑战。 理想的增益级器件具有较高的最大RF输入功率额定值，在高压 缩级别下能够安全工作。
2.0 构建和放大器考虑因素
微波限幅放大器设计首先是选择首选构建方法和内部增益级 放大器。对于高频应用，混合芯片和电线组件通常优于表面 贴装设计，以便最大程度地减少由于封装寄生效应导致的不 良性能影响，混合芯片和电线组件的可靠性非常出色，因为 混合组件经过了彻底检测，能够很好地应对环境压力。此 外，这些组件体积小，重量轻，易于密封。混合芯片和电线 组件包括裸片形式的单芯片微波集成电路(MMIC)、薄膜技术、 可线焊的无源组件。
17.0 16.5 16.0 15.5 15.0 14.5 14.0 13.5 13.0 12.5 12.0 2 4 6 8 10 12 Frequency (GHz) 14 16 18 Stage 2 Input Stage 3 Input Stage 4 Input
谐波很低， MMIC 具有强大的平坦三阶谐波。饱和 dc 功率低于
3.0 RF预算分析
选择限幅放大器增益级后，接下来应考虑RF系统预算分析。RF 预算分析检查限幅放大器内不同测试点的宽带频率响应和RF功 率电平。必须完成分析，才能针对最坏情况的工作温度、增益 斜率和宽RF输入功率范围进行校正。如第2.0部分所述，具有40 dB限幅动态范围的限幅放大器的基本布局是级联的四个增益模 块放大器或LNA。理想的设计仅使用一个或两个专用放大器器 件，以减少在不同频率下的功率变化，最大程度地减少热 / 斜 率补偿需求。 图1 显示了温度校正和斜率补偿之前的首批初始限幅放大器框 图。完成宽带限幅放大器设计的一种推荐技巧是： 1. 管理限幅功率动态范围，消除RF过驱条件。 2. 优化温度范围内的性能 3. 最后，校正功率滚降，将小信号增益变平。 4. 最后一个细微校正可能是必需的，即在频率均衡功能被纳入 设计后，重新考虑温度补偿。
低频低噪声高增益放大器讲解
低频低噪声高增益放大器一、基本要求（1）放大器a．电压放大倍数200~2000倍，放大倍数可预置步进（间隔不大于200倍），有数字显示额外加分。
b．通频带3kHz~5kHz。
c．放大倍数为2000倍时，测得输出噪声电压峰—峰值等效到输入端小于800nV。
d．最大不失真输出幅度不小于8V。
e．输入电阻不小于1kΩ，输出电阻不大于20Ω。
（2）自制供电电源。
单相交流220伏电压供电，电源波动±10%时可正常工作。
（3）自制适合于本放大器测试用的信号源。
发挥部分（1）电压放大倍数更高、步长更小（2）等效输入噪声不大于200nV。
（3）等效输入电阻大于10kΩ。
（4）数字显示精度进一步改善二、方案设计2.1方案流程图2.2 信号源制作模块信号源原理图信号源效果图说明：单片机制作4.5KHZ的信号源，为电路提高信号源。
2.3 π网络衰减射随器带通滤波器模块制作衰减网络说明：由于单片机制作的信号源输出幅度很大，4V左右，而题目的要求知，信号源提供的电压幅度在10mV左右，因此通过衰减网络达到目的。
射随器说明：射随器提高输入阻抗，以达到题目指定的要求。
带通滤波器说明：带通滤波器的范围为3kHz~5kHz，因此可以满足通频带3kHz~5kHz的要求。
2.4 DAC0832程控网络说明：通过DAC0832实现电压放大倍数200~3000倍的控制，把放大3000倍后的信号作为DAC0832的参考电压，通过数字量实现步进100倍的增益控制。
2.5 后级放大说明：放大倍数进一步放大，固定放大1000倍。
2.6 电源制作模块电源电路图说明：制作电源给电路供电。
三、软件设计软件设计部分的程序流程框图程序流程框图键盘扫描有键按下keyflag=1Key=ox0e Key=ox0d Key=ox0b Key=ox0f 置倍数3000 倍减倍加置倍数200LED显示仿真效果图及原理图说明：通过键盘控制达到改变增益的目的。
一种低噪声前置放大器的电路设计
ＶＯ１ １ ７ ．ＮＯ ５
电
子
与
封
装
总 第１ ６ ９ 期
２ ０ １ ７年 ５月
ＥＬＥＣＴＲ０ＮＩ ＣＳ ＆ Ｐ Ａ ＣＫＡ ＧＴ ＮＧ
一
种低 噪声 前置放 大器 的 电路设计
王 彬 ，李 健２ ， 肖姿 逸
（ １ ． 中 国 电子 科 技 集 团 公 司 第 ５ ８研 究 所 ，江 苏 无 锡 ２ １ ４ ０ ７ ２ ； ２ ． 江 南 大 学 ，江 苏 无 锡 ２ １ ４ １ ２ ２ ）
关键词 ：低噪声 ；斩波技术 ；快速建立
中图分类号 ：Ｔ Ｎ４ ０ ２
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１ ６ ８ １ ． １ ０ ７ ０（ ２ ０ １ ７ ）０ ５ — ０ ０ ２ ４ ． ０ ４
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ａ Ｌｏ ｗ Ｎｏ ｉ ｓ ｅ Ｐｒ ｅ ａ ｍ ｐｌ ｉ ｉｅ ｆ ｒ
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｐｅ ｒ ， ａ ｐ ｒ ｅ ａ ｍｐ ｌ ｉ ｉ ｆ ｅ ｒ ｏ ｆ ＣＳＭ Ｃ Ｓ Ｔ２ ０ ０ ０ ＰＤＫ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｆ ｅ ａ ｔ ｕｒ ｉ ｎ ｇ ｌ ｏ ｗ— ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ ， ｗｉ ｄ ｅ ｏ ｕ ｔ ｐｕ ｔ ｒ ａ ｎ ｇ ｅ ，
１ 引言
前 置放大 器因为具有提 高系统 的信噪 比、 提高信
号 传输 时抗 干扰 能 力的作 用 ，被广 泛应 用于 音频 功
２ 低噪 声 前 置 放 大 器 电路 设 计
２ ． １ 应用 要求 此 次设 计 的前 置放大 器主 要应 用于 输 入正 弦信 号幅 度± ２ Ｖ、 输 入信号带宽 １ ０ ０ Ｈｚ 、 采 样信号频率 １ ０ ０
宽带W波段低噪声放大器的设计与制作
基金项目:国家部委预研课题宽带W 波段低噪声放大器的设计与制作刘永强,曾志,刘如青,韩丽华,栾鹏,蔡树军(中国电子科技集团公司第十三研究所,石家庄050051)摘要:基于未来低功耗毫米波接收前端的应用,采用InP HE MT 工艺实现了一种W 波段宽带低噪声放大器。
该放大器采用边缘耦合线用于级间的隔离,扇形短截线用于RF 旁路,偏置网络采用薄膜电阻和扇形短截线以保持放大器的稳定性。
采用3mm 噪声测试系统对单片进行在片测试,测试结果显示在80～102G H z ,噪声系数小于5dB ,相关增益大于19dB 。
五级电路的栅、漏分别连在一起方便使用,芯片面积316mm ×117mm ,功耗30mW 。
关键词:磷化铟;高电子迁移率晶体管;低噪声放大器;W 波段;毫米波接收机;边缘耦合线中图分类号:T N72213 文献标识码:A 文章编号:10032353X (2009)0620579203Design and F abrication of a W 2B and Wide 2B and Low N oise AmplifierLiu Y ongqiang ,Z eng Zhi ,Liu Ruqing ,Han Lihua ,Luan Peng ,Cai Shujun(The 13th Research Institute ,CETC ,Shijiazhuang 050051,China )Abstract :A W 2band wide 2band low noise am plifier based on InP HE MT technology was developed for the application of low power millimeter 2wave receiver front 2end.Edge coupled lines were used for DC blocking and radial stubs were em ployed for RF bypass.TFR and radial stubs were used in the bias netw ork to ensure the stability.This am plifier was measured by an on 2wafer 3mm noise measurement system and a noise figure (NF )of less than 5dB with an ass ociated gain of greater than 19dB from 80to 102G H z were achieved.The gates and drains of the five stage circuit are connected respectively for convenience.The chip size is 316mm ×117mm ,the power dissipation is 30mW.K ey w ords :InP ;HE MT;LNA ;W 2band ;millimeter 2wave receiver ;edge coupled line EEACC :12200 引言单片电路具有体积小、成本低和可靠性高等优点,是毫米波电路的发展方向。
Ka频段毫米波低噪声放大器的开题报告
Ka频段毫米波低噪声放大器的开题报告题目：Ka频段毫米波低噪声放大器设计一、选题背景随着5G技术的发展，毫米波通信逐渐成为一种重要的技术选择。
而在毫米波通信中，Ka频段（26.5-40 GHz）的频段有着很高的应用前景。
但是由于该频段的天线、放大器等器件的制作难度较大，同时由于大气吸收等原因，Ka频段的信号传输路径较为复杂，导致其在通信中的应用面临较大的困难。
针对Ka频段低噪声放大器的研究，可以提高毫米波通信系统中的接收灵敏度和发送功率，进而提高通信质量和信号覆盖范围。
因此，该选题具有较为重要的研究意义。
二、研究内容1. 分析Ka频段低噪声放大器的技术原理和主要特点。
2. 设计Ka频段低噪声放大器电路。
根据Ka频段特殊的工作频率，需要选择合适的器件以及优化电路拓扑结构。
具体包括射频匹配网络、耦合电路、反馈电路等。
3. 通过仿真软件对设计的Ka频段低噪声放大器电路进行仿真分析，包括输出功率、增益、噪声系数等指标。
4. 根据仿真结果进行电路优化设计，提高电路的性能指标。
三、研究难点1. 设计合适的射频匹配网络和耦合电路，解决信号的失真和反射问题。
2. 优化反馈电路，提高电路的性能，同时减小噪声系数。
3. 选择合适的器件，确保器件的线性度、稳定性和可靠性。
四、研究方法1. 进行文献综述，了解已有的Ka频段低噪声放大器的研究成果，掌握相关技术原理和电路拓扑结构。
2. 使用ADS或CST等仿真软件对设计的Ka频段低噪声放大器电路进行建模和仿真分析。
3. 根据仿真结果进行电路的优化设计，得到最优的电路方案。
4. 搭建实验台架，制作电路原型进行实验验证，测试电路的性能指标。
五、研究意义1. 增加对毫米波通信中低噪声放大器技术的深入认识。
2. 提高毫米波通信系统中的接收灵敏度和发送功率，进一步提升通信质量和信号覆盖范围。
3. 为Ka频段低噪声放大器的实现提供一种新的解决方案，并有助于推动毫米波射频器件的发展。
100MHz～1.1GHz超宽带低噪声放大器的CAD设计
图ｌ 两级联负反馈原理图
电路 由两 个 晶体 管放 大 器 级联 组 成 ，共 有 四个 负 反 馈 ，其 中Ｒ 、Ｒ 为本 级的两个 电流负 反馈 ，Ｒ 为级问 的电 １ ２ ５ 压 负反馈 ，Ｒ 、Ｒ 也构 成部分级 间的 电压 负反馈 。两级放 ３ ４ 大完成所需要 的增益 。
２ 超宽带实现和负反馈原理
ｌ 引 言
综合 带宽 、增 益、低噪 声和端 口匹配等要 求 ，负 反馈 式放 大器是 个相 当好 的选 择 。图１ 为是 种 两级负反馈放大器
原理图 。
超 宽带放 大器 是广泛 应用 于通 信 、雷达、 电子对抗及 遥控遥 测系统 接收设 备的关键 部件 ，它 的性能好坏 直接影 响到 整个系统 的性能 ，因此 ，微 波低噪 声超宽带放 大器 的 设计 成了诸 多微 波接 收系统设计 的关键 。在过去 ，设计 的 成功 与否 ，主 要取决于 设计人 员的理论 水平、设计 经验 。 而今 ，随着Ｅ Ａ Ｄ 技术 的发展 ，各种微波Ｅ Ａ 件应运 而生 ， Ｄ软 而 且功 能不断 完善 ，熟练 地将这些 软件运用 于产 品的开发 研 制 ，不仅 能缩 短产 品 的研 制 周期 ，而且 能 降低 生产 成 本 ，提 高产品性 能。本文 针对高效 超宽 带低 噪声放人 器对 增益平坦度 、噪 声系数 和输入／ 出端 口匹配等要求 ，运用 输 Ａ ｌ ｅ ｔ 司的Ａ Ｓ ｇ ｉｎ 公 Ｄ 软件 ，仿真设 计 了… 款性 能优 越 的超宽
低噪声放大器的设计与灵敏度分析
低噪声放大器的设计与灵敏度分析梁晶晶;沈福贵;逯贵祯【摘要】本文设计的低噪声放大器利用集成芯片ATF36163完成了电路的设计，利用ADS软件进行设计、优化和仿真，最后给出了仿真结果、版图设计及实测结果。
同时通过研究电路参数的灵敏度对该低噪声放大器进行了灵敏度分析，使得低噪声放大器不仅符合接收机对LNA的指标要求，还能使性能更加稳定。
%This paper uses the integrated chips ATF36163 to complete the circuit design , and offers the simulation results with the design,optimizing and simulation of Agilent ADS ,the layout and the measured results. Meanwhile,the sensitivity analysis of the parameters through RF circuit parameter is researched. The results show that the LNA after the sensitivity analysis not only conforms to the specifications of the receiver, but also makes the performance more stable.【期刊名称】《中国传媒大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(019)002【总页数】6页(P64-69)【关键词】低噪声放大器（LNA）;噪声系数;增益;灵敏度分析【作者】梁晶晶;沈福贵;逯贵祯【作者单位】中国传媒大学信息工程学院,北京100024;中国传媒大学信息工程学院,北京100024;中国传媒大学信息工程学院,北京100024【正文语种】中文【中图分类】TN722.3低噪声放大器是射频接收机前段的关键模块，它对天线接收到的微弱射频信号进行线性放大，同时抑制各种噪声干扰，提高系统灵敏度。
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限幅低噪声放大器的研究
限幅低噪声放大器的研究
近年来，随着通信技术的快速发展和社会对无线通信的需求不断增加，对低噪声放大器的要求也越来越高。
低噪声放大器是无线通信系统中最关键的部分之一，它被广泛应用于射频接收端、卫星通信和移动通信等领域。
本文将探讨限幅低噪声放大器的研究进展，并对其性能进行分析与评价。
首先，我们先明确一下什么是限幅低噪声放大器。
限幅低噪声放大器是一种能够在满足限制条件下提供最小噪声增益的放大器。
它是通过尽量保持信号幅度的线性度和降低输入功率的方式来控制噪声的。
相比于传统的低噪声放大器，限幅低噪声放大器能够在降低幅度失真的同时保持低噪声特性，从而提高系统的信噪比。
限幅低噪声放大器的研究主要集中在两个方面：一是改进和创新传统的放大电路结构；二是改进材料和工艺，提高器件性能。
在放大电路结构方面，研究者们提出了各种新颖的限幅低噪声放大器结构。
比如，引入反馈网络可以有效地降低噪声系数和增益压缩，同时提高线性度。
而交叉耦合结构则能够减小功率泄漏和交叉调制带来的额外损耗。
此外，一些研究还引入了互补极性跨导和非线性阻抗来提高线性度和增益饱和电流。
这些新结构的引入使得限幅低噪声放大器在噪声与线性度之间取得了更好的平衡。
在材料和工艺方面，研究者们不仅寻求更好的材料用于构建限幅低噪声放大器，还通过工艺优化来改善器件特性。
例如，在CMOS工艺中，通过控制栅极尺寸和沟道长度的比例，可以
使得双极型晶体管在高频段具备更好的线性度和低噪声；而在田口试验中，通过对工艺参数进行优化，可以实现对放大器性能的最佳平衡。
除了以上的研究，一些学者还着眼于限幅低噪声放大器在特定应用中的性能优化。
比如，在射频接收端应用中，一些研究者通过引入双极型谐振补偿网络和反馈电容来提高放大器的带外抑制能力；而在卫星通信中，一些研究则通过引入夹持结构来降低非线性失真。
总的来说，限幅低噪声放大器的研究已经取得了一定的成果。
通过创新的放大电路结构、优化的材料和工艺，以及特定应用的性能优化，限幅低噪声放大器在满足低噪声要求的同时提高了线性度，从而提高了通信系统的性能。
未来的研究方向可以从更加深入的理论研究和更高性能的器件材料上进行探索，以满足日益复杂的通信系统对低噪声放大器的需求
综上所述，限幅低噪声放大器在通信系统中具有重要的作用。
通过引入极性跨导和非线性阻抗等新结构，以及优化材料和工艺，限幅低噪声放大器在噪声与线性度之间取得了更好的平衡。
此外，针对特定应用场景，研究者还通过引入补偿网络和反馈电容来提高性能。
然而，为了满足日益复杂的通信系统需求，未来的研究应该进一步深入理论研究和开发更高性能的器件材料。
通过不断的创新和优化，限幅低噪声放大器将继续推动通信系统的性能提升。