第五章低噪放4-1(指标)
低噪放内部结构
低噪放内部结构
摘要：
1.低噪放简介
2.低噪放的内部结构
3.低噪放的应用领域
正文：
【低噪放简介】
低噪放，全称为低噪声放大器，是一种用于放大微弱信号的电子设备。
它的主要特点是在放大信号的同时，能够有效地抑制噪声，从而提高信号的质量。
在各种电子设备和系统中，低噪放被广泛应用，以提升系统的性能。
【低噪放的内部结构】
低噪放的内部结构主要包括以下几个部分：
1.输入电路：输入电路负责接收输入信号，并将其传递给下一级放大电路。
为了抑制噪声，输入电路通常采用高通滤波器设计，从而滤除较低频率的噪声。
2.放大电路：放大电路是低噪放的核心部分，负责对输入信号进行放大。
在放大过程中，需要尽量减少噪声的放大，以保证输出信号的质量。
为此，放大电路通常采用差分放大器设计，以抵消共模噪声。
3.输出电路：输出电路负责将放大后的信号传输到下一级电路或负载。
为了进一步抑制噪声，输出电路通常采用低通滤波器设计，从而滤除较高频率的噪声。
4.屏蔽与接地：在低噪放的设计中，屏蔽与接地至关重要。
合理的屏蔽与
接地设计可以有效地抑制外部干扰，降低噪声。
通常，设备的外壳和内部电路都会采用屏蔽设计，以减小电磁干扰。
【低噪放的应用领域】
低噪放广泛应用于各个领域，如通信、广播、导航、测量和仪器等。
在这些领域中，低噪放的主要作用是提高信号质量，从而提高系统的性能和可靠性。
例如，在通信系统中，低噪放可以有效地抑制噪声，提高信号的可靠性，从而实现更稳定的通信。
低噪放内部结构
低噪放内部结构摘要：一、低噪放内部结构简介1.低噪放概念2.内部结构组成二、低噪放内部结构详解1.输入匹配网络2.输出匹配网络3.噪声源4.放大器三、低噪放内部结构的作用1.降低噪声2.提高信号质量四、内部结构对低噪放性能的影响1.输入匹配网络的影响2.输出匹配网络的影响3.噪声源的影响4.放大器的影响五、结论正文：一、低噪放内部结构简介低噪放，即低噪声放大器，是一种电子放大器，主要用于放大微弱信号。
在通信系统、射频放大器、音频放大器等领域有着广泛应用。
低噪放的性能优劣，很大程度上取决于其内部结构的设计。
本文将对低噪放的内部结构进行详细解析。
二、低噪放内部结构详解1.输入匹配网络输入匹配网络是低噪放内部结构中的重要组成部分，其作用是使输入信号与放大器之间的阻抗匹配，从而提高信号传输效率，降低信号反射，减少噪声产生。
输入匹配网络通常由电感、电容等元器件组成。
2.输出匹配网络输出匹配网络的作用与输入匹配网络类似，也是为了提高信号传输效率和降低噪声。
不同的是，输出匹配网络需要将放大器的输出阻抗与负载阻抗进行匹配。
输出匹配网络通常也包括电感、电容等元器件。
3.噪声源噪声源是低噪放内部结构中产生噪声的部分。
它包括热噪声、闪烁噪声等。
噪声源的设计对于降低噪声、提高信号质量具有重要意义。
4.放大器放大器是低噪放的核心部分，负责对输入信号进行放大。
放大器的性能直接影响到低噪放的总体性能。
在设计放大器时，需要考虑其增益、带宽、噪声系数等因素。
三、低噪放内部结构的作用1.降低噪声低噪放的内部结构设计主要目的是降低噪声。
通过合理的元器件选择和参数配置，可以减少噪声源产生的噪声，降低信号反射产生的噪声，从而提高信号质量。
2.提高信号质量除了降低噪声外，低噪放的内部结构还需提高信号质量。
通过优化输入匹配网络、输出匹配网络以及放大器的设计，可以提高信号的传输效率，降低信号失真，从而提高信号质量。
四、内部结构对低噪放性能的影响1.输入匹配网络的影响输入匹配网络的设计对低噪放的性能有重要影响。
通信电路—低噪放与混频器及振荡器
理想情况：单边噪声系数(SSB)=双边噪声系数(DSB)+3dB
Here comes your footer Page 28
第七章 混频器
7.2、混频器的基本分类
非线性时不变混频器
单管混频器
平方律MOS管混频器
线性时变混频器
双平衡
单平衡
Here comes your footer Page 29
第六章 低噪声放大器
6.3、低噪声放大器的主要电路组态 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
晶体管 偏置 典型电路
第六章 低噪声放大器
6.3、低噪声放大器的主要电路组态
第六章 低噪声放大器
6.3、低噪声放大器的主要电路组态 射频放大器分析步骤： 选择合适的直 流偏置，得到 直流工作点 画出放大器 的交流通路 画交流通路图的原则 直流电源是交流地 大电容（交流旁路电容）短路 大电感（扼流圈)开路 仅做偏置用的直流电阻可不画 代入小信号模 型，计算放大 器各参数
S 11 S 21
=
反射波 入射波 正向传输波 入射波
=
在端口二处加匹配阻抗，进行传输和反射波测量
Here comes your footer Page 8
第六章 低噪声放大器
6.2、二端口网络与参数— S参数
a1 Z0 Load b 1 传输波 反射波 入射波 反向传输波 入射波 S 12 入射波 DUT S 22
1 Z in Z 0 1
第六章 低噪声放大器
6.2、二端口网络与参数— S参数 S参数方程
V1 S11V1 S12V2
V2
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。
低噪声放大器指南2
低噪声放大器设计指南1．低噪声放大器在通讯系统中的作用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，这就对系统的接收灵敏度提出了更高的要求，我们知道，系统接收灵敏度的计算公式如下： S min = -174+ NF+10㏒BW+S/N (1)由上式可见，在各种特定（带宽、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 ，而决定接收机的噪声系数的关键部件就是处于接收机最前端的低噪声放大器。
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． 低噪声放大器的主要技术指标：2．1 噪声系数NF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 F min 为晶体管最小噪声系数，是由放大器的管子本身决定的， Γopt 、Rn 和Γs 分别为获得 F min 时的最佳源反射系数、晶体管等效噪声电阻、以及晶体管输入端的源反射系数。
对多级放大器而言，其噪声系数的计算为：NF=NF 1+(NF 2-1)/G 1+(NF 3-1)/G 1G 2+…… （4） 其中NF n 为第n 级放大器的噪声系数，G n 为第n 级放大器的增益。
在某些噪声系数要求非常高的系统，由于噪声系数很小，用噪声系数表示很不方便，常常用噪声温度来表示，噪声温度与噪声系数的换算关系为：T e = T 0 ( NF – 1 ) （5）其中T e 为放大器的噪声温度，T 0 =2900 K ，NF 为放大器的噪声系数。
NF(dB) = 10LgNF （6）2． 2 放大器增益G ：放大器的增益定义为放大器输出功率与输入功率的比值：G=P out / P in （7） 从式（4）中可见，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。
关于低噪声放大器的设计详细剖析
关于低噪声放大器的设计详细剖析在整个接收系统中，低噪声放大器总是处于前端的位置。
整个接收系统的噪声取决于低噪声放大器的噪声。
与普通放大器相比，低噪声放大器一方面可以减小系统的杂波干扰，提高系统的灵敏度；另一方面放大系统的信号，保证系统工作的正常运行。
总之，低噪声放大器的性能不仅制约了整个接收系统的性能，而且，对于整个接收系统技术水平的提高，也起了决定性的作用。
1 低噪声放大器的设计指标低噪声放大器的主要性能指标包括：稳定性、功率增益、噪声系数、增益平坦度等，在这些指标之中噪声系数和放大增益对系统性能的影响较大。
因此对低噪声放大器的设计主要从稳定性、功率增益、噪声系数、输入输出电压驻波比等方面进行考虑。
1．1 稳定性放大器电路必须满足的首要条件之一是其在工作频段内的稳定性。
因为假如在设计和制造放大器时不谨慎从事，在微波频率上一些不可避免的寄生因素往往足以引起振荡。
所以为了保证电路的稳定性，主要采取以下措施：1）可以在源极引入负反馈，使电路处于稳定状态；2）采用铁氧体隔离器能稳定电路；3）在漏极串联电阻或∏型阻性衰减器，通常接在低噪声放大器末级或末前级输出口。
而目前提高电路稳定性常用的是引入负反馈。
1．2 功率增益以及增益平坦度放大电路的增益是放大电路最重要性能指标，也是设计放大电路的一个基本参数。
因此在放大器的设计中增益指标的完成很是重要，功率增益主要有3种描述方式：可用功率增益GA，工作功率增益GP，转换功率增益GT。
增益平坦度对于低噪声放大电路来说，就是全频带范围内增益变化要平缓，不允许增益变化陡变。
1．3 噪声系数噪声系数是LNA的另一重要指标，如果接收系统噪声系数过大，信号会被噪声埋没，致。
低噪声放大电路设计
低噪声放大电路设计
低噪声放大电路的设计一般遵循以下几个步骤：
1. 选择低噪声元件：在设计放大电路时，选择具有低噪声特性的元件是非常重要的。
例如，选择低噪声放大器、低噪声电阻、低噪声电容等。
2. 优化电路布局：电路布局的优化对于减小噪声干扰起着重要的作用。
应该避免布局中出现长导线、共用引线、共用地等可能引入噪声的设计。
3. 使用恰当的滤波器：在输入端或输出端添加适当的滤波器可以有效地滤除噪声干扰。
常见的滤波器包括低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器等。
4. 降低信号放大：在设计放大电路时，尽可能降低信号的放大倍数。
由于噪声是与放大倍数成正比的，减小放大倍数可以有效地降低噪声干扰。
5. 两级放大：在设计放大电路时，可以采用两级放大的方式。
第一级放大器用于放大弱信号，第二级放大器用于放大第一级放大器的输出信号。
这种方式可以降低噪声对信号的干扰。
6. 使用差分放大器：差分放大器是一种能够抑制共模噪声的放大电路。
通过使用差分放大器，可以有效地减小噪声对信号的干扰。
7. 采用负反馈：负反馈是一种常用的方法，可以有效地降低放大电路的噪声。
通过在电路中引入负反馈，可以抑制噪声的增益，并提高电路的噪声性能。
通过以上步骤，可以设计出一个低噪声放大电路，并提高电路的噪声性能。
然而，实际的设计过程中还需要根据具体的应用需求和性能指标进行调整和优化。
低噪放声放大器设计教学课件
1 高输入阻抗
低噪声放大器具有高输入阻抗，能够最大限 度降低对信号源的负载影响。
2 高增益
低噪声放大器能够提供高增益，有效放大信 号并降低噪声。
3 宽带
低噪声放大器具有宽带性能，能够处理多种 频率范围内的信号。
4 低噪声
低噪声放大器通过优化电路设计和使用低噪 声元件，降低放大器的噪声水平。
低噪声放大器的应用
低噪声放大器的常用技术
原型技术
通过建立原型进行实验和测试，验证设计的有 效性。
数字技术
应用数字电路设计和信号处理算法，提高放大 器的灵活性和可调节性。
模拟技术
利用模拟电路设计方法，优化放大器的性能和 噪声特性。
射频电路板设计
考虑高频特性和电磁兼容性，设计满足射频要 求的电路板。
低噪声放大器的特点
设计案例分享
设计案例一
韦尔奇放大器设计：通过反馈控 制实现低噪声和高增益。
设计案例二
表面贴装低噪声放大器设计：采 用SMT技术实现紧凑布局。
设计案例三
射频前端放大器设计：应用于无 线通信系统中的接收机。
总结
1 设计过程回顾
低噪声放大器的设计流程包括电路预算、低噪声设计、放大器设计、稳定性分析和PCB设 计。
低噪声放大器的设计流程
1
电路预算
明确设计参数和要求，计算电路的主要参数和性能。
2
低噪声设计
选择合适的元件和电路拓扑，以降低放大器的噪声水平。
3
放大器设计
确定放大器的增益和带宽，优化电路以满足要求。
4
稳定性分析
分析和评估放大器的稳定性，确保在各种工作条件下都能正常工作。
5
PCB设计
进行放大器的电路板布局和布线设计，保证信号的良好传输和接地。
ADS第四次教学：低噪放设计(上)
7/8/2013 2013-7-8
35
S参数仿真
仿真结果如下
7/8/2013 2013-7-8
36
S参数仿真
理想元件转化为微带线
7/8/2013 2013-7-8
37
S参数仿真
集总理想元件转化为带封装的元件（依据实际使用品 牌的电容） 电容的转化
7/8/2013 2013-7-8
38
S参数仿真
7/8/2013 2013-7-8
33
smith圆图匹配
在输入和输出加入smith chart 输入端口从50欧匹配到源端阻抗的共轭20+j*2 输出端口从50欧匹配到负载端阻抗的共轭70-j*50
7/8/2013 2013-7-8
34
smith圆图匹配
生成电路，并将电路拷贝到主原理图上，并且将隔直 电容，扼交电感替换为20PF，20nH
7/8/2013 2013-7-8
25
稳定性K，输入输出阻抗确定
我们采取第二种方法， 在2个源级分别串联一个电感 L1和L2，并且赋予他们的值等于L nH，在原理图里面 添加变量Var，设置一个变量L=1
7/8/2013 2013-7-8
26
稳定性K，输入输出阻抗确定
点击手动调谐tuning
7/8/2013 2013-7-8
其中-174dBm/Hz是290K时环境噪声的功率谱密度 热噪声功率 P=KBT ,其中 K 为玻尔兹曼常数,B 为带宽,T 为温度 NF是接收机的噪声系数，S/N是信号的信噪比，BW是信号的带宽（单位Hz）
分析：当发射机的信噪比S/N确定了以后，发射信号的带 宽也确定了以后， 影响接收机的接收灵敏度的指标只有NF指标，所以接收机 的好坏直接由NF决定。
低噪放
然后将晶体管源极的两个电感换成微带线。
计算公式如下： ，其中L为电感值，Z0为特征阻抗，这里用的PCB板是FR4射频板。
设微带线宽为0.5mm，特征阻抗为85.150700ohm，可用linecalc计算。
最后计算出l为0.672mm，工业生产中没有小数点后三位的精度，所以取0.7mm，添加MSUB基板再次仿真，仿真图如图12：
图20
可以看出其输出阻抗为40.767+j*15.965ohm，类似的，放入器件，设置参数用圆图进行匹配。
噪声仿真结果：
四．总结与体会
几次实验下来，发现自己在ADS2011仿真上还不是很熟练，甚至有时候会被很多步骤卡住，希望在今后的学习中要不断加强自己对新事物的学习能力，不断提高自己的自学能力。
5.最大增益输出匹配
要在噪声系数和增益之间权衡一个数。对于低噪放而言，首先考虑噪声，则输入阻抗为Z0*（0.299-j0.293）。Z0为50ohm。输出匹配框图如图15：
图15
先要取其共轭进行匹配，即Z0*（0.299+j0.293）。添加Smith圆图匹配工具，DA_SmithChartMatch_cell_3，最终原理图如图16：
图7
仿真结果如图8：
图8
4.DC_Feed改成实际器件
添加murata的lib，用murata里的LQG18和GRM18代替DC_Feed。电路如图1.9：
图9
其中设置旁路电容为1.2pF，旁路电感为3.9nH，输出端的电路串联电感值为22nH，旁路电容为10pF，分装都是0603。仿真图如图10：
图4
参考值Vds=3V，Id=40mA，仿真做出来Vds=3.11V，Id=37.7mA，存在误差。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
增益取决于
LNA的负载形式 集中参数选频滤波器——注意阻抗匹配 （5）自动增益控制 信号弱，增益大
根据接收信号的强弱自动控制增益
信号强，增益小，以防 后级非线性失真
（6）输入阻抗匹配 放大器与输入源的匹配 匹配方式
最大功率传输——共轭匹配
噪声系数大
并联电阻等于 信号源内阻
1 输入阻抗 gm 改变 g m 达
匹配
b. 共栅组态
c.电阻 负反馈 改变输 入阻抗
d. 电感 负反馈 改变输 入阻抗
（7）线性范围 衡量指标：增益1dB压缩点、三阶互调截点IIP3
(dBmV )
5.1 低噪声放大器指标
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 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 1.9GHZ 2.8dB 9.5dB －3dBm 1.2 1.4 21dB
Vom1dB
AV (dB)
(dBmV )
（8）隔离度和稳定性
Cbc
正向传输——压控电流源
gmvbe
输入
反向传输——极间电容 C (Cbc ) 引起不稳定的原因
改进措施
① 中和法——用中和电容抵消 由 C (Cbc ) 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
CN
第五章 特点:
低噪声放大器
噪声越小越好 要求有适当的稳定的增益
1.位于接收机的最前端
2.接收的信号很微弱且变化
小信号线性放大器 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 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
噪声系数NF 增益Gain IIP3 Input VSWR Output VSWR 隔 离
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
gm 小
（2）工作频率——取决于晶体管的特征频率 fT
（3）噪声系数小
（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