低噪聲放大器

1、 低噪聲放大器（低噪聲放大器（low-noise amplifier，簡稱，簡稱LNA）是射頻接收機(jī)前端的主要部分。要求具有最小的噪聲是射頻接收機(jī)前端的主要部分。要求具有最小的噪聲系數(shù)、較大的增益、足夠的動(dòng)態(tài)范圍、輸入端良好匹系數(shù)、較大的增益、足夠的動(dòng)態(tài)范圍、輸入端良好匹配和一定的頻帶選擇等性能。配和一定的頻帶選擇等性能。 低噪聲放大器工作在低噪聲放大器工作在A類類，其導(dǎo)通角為，其導(dǎo)通角為360度度。在。在進(jìn)行小信號(hào)放大，基本可以做到線性放大，故經(jīng)過放進(jìn)行小信號(hào)放大，基本可以做到線性放大，故經(jīng)過放大后的信號(hào)線性失真很小。大后的信號(hào)線性失真很小。 一、一、低噪聲放大器簡介低噪聲放大器簡介二、二、

2、低噪聲放大器在通信射頻前端的位置低噪聲放大器在通信射頻前端的位置例：例：單次變頻超外差式接收單次變頻超外差式接收機(jī)機(jī) 由于天線接收輸入信號(hào)通常很小由于天線接收輸入信號(hào)通常很小, ,需要對(duì)其需要對(duì)其進(jìn)行放大，但為了進(jìn)行放大，但為了盡可能地少的引入噪聲盡可能地少的引入噪聲，故，故采用低噪聲放大器對(duì)天線接收的微弱信號(hào)進(jìn)行采用低噪聲放大器對(duì)天線接收的微弱信號(hào)進(jìn)行放大。放大。 LNA所接受的信號(hào)是很微弱的，故它是一所接受的信號(hào)是很微弱的，故它是一個(gè)信號(hào)個(gè)信號(hào)線性放大器線性放大器。 低噪聲放大器的輸入端必須與前接的天線低噪聲放大器的輸入端必須與前接的天線濾波器或天線濾波器或天線匹配匹配。 低噪聲放大器應(yīng)具

3、有一定的低噪聲放大器應(yīng)具有一定的選頻能力選頻能力，因，因此它一般是頻帶放大器。此它一般是頻帶放大器。三、三、低噪聲放大器的主要特點(diǎn)低噪聲放大器的主要特點(diǎn) LNA靠近接收機(jī)的最前端，要求它的噪靠近接收機(jī)的最前端，要求它的噪聲系數(shù)聲系數(shù)越小越好越小越好。 指標(biāo)指標(biāo)0.5m GaAs0.5m GaAs FET FET0.8m Si0.8m Si Bipolar Bipolar電電 源源 電電 壓壓3.0V3.0V1.9V1.9V電電 源源 電電 流流4.0mA4.0mA2.0mA2.0mA頻頻 率率1.9GHZ1.9GHZ1.9GHZ1.9GHZ 噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)NFNF2.8dB2.8dB2.8d

4、B2.8dB 增益增益GainGain18.1dB18.1dB9.5dB9.5dBIIPIIP3 311.1dBm11.1dBm3dBm3dBmInput VSWRInput VSWR1.51.51.21.2Output VSWROutput VSWR3.13.11.41.4隔隔 離離21dB21dB21dB21dB例：例：0.5um GaAs0.5um GaAs FET FET 和和 0.8um Si0.8um Si Bipolar Bipolar 工藝的低噪聲放大器工藝的低噪聲放大器指標(biāo)指標(biāo)。從表中可以看出，低噪聲放大器的從表中可以看出，低噪聲放大器的主要指標(biāo)主要指標(biāo)為：為：噪聲系數(shù)噪聲系

5、數(shù)線性范圍線性范圍增益增益輸入輸出阻抗的匹配輸入輸出阻抗的匹配輸入輸出的隔離輸入輸出的隔離功耗功耗 以上各項(xiàng)指標(biāo)并不獨(dú)立，是相互關(guān)聯(lián)的，在以上各項(xiàng)指標(biāo)并不獨(dú)立，是相互關(guān)聯(lián)的，在設(shè)計(jì)中如何設(shè)計(jì)中如何折中折中，兼須各項(xiàng)在指標(biāo)，是設(shè)計(jì)的，兼須各項(xiàng)在指標(biāo)，是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。重點(diǎn)也是難點(diǎn)。（1 1）低功耗低功耗移動(dòng)通信的必然要求移動(dòng)通信的必然要求（2 2）工作頻率工作頻率取決于晶體管的特征頻率取決于晶體管的特征頻率Tf2 ()2mmTggfccC與與工作點(diǎn)工作點(diǎn)有關(guān)有關(guān)取決于取決于半導(dǎo)體工藝半導(dǎo)體工藝低電源電壓低電源電壓小的靜態(tài)電流小的靜態(tài)電流跨導(dǎo)跨導(dǎo) 小小mg（3 3）噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)雙極晶體管雙

6、極晶體管1111222bbmSbbmSmSrg RrFRsg RRsg R 線性網(wǎng)絡(luò)：線性網(wǎng)絡(luò)：2()14nnSSVI RFkTBR 場效應(yīng)管場效應(yīng)管111SmFRg 雙極晶體管放大器的噪聲與基區(qū)體電阻雙極晶體管放大器的噪聲與基區(qū)體電阻 有關(guān)有關(guān)bbr放大器的噪聲與工作點(diǎn)有關(guān)放大器的噪聲與工作點(diǎn)有關(guān) mg放大器噪聲系數(shù)與放大器噪聲系數(shù)與信號(hào)源內(nèi)阻信號(hào)源內(nèi)阻有關(guān)有關(guān)分析：分析：（4 4） 增益增益增益要適中增益要適中增益大增益大可降低后級(jí)對(duì)系統(tǒng)可降低后級(jí)對(duì)系統(tǒng)噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)的影響的影響增益大增益大后級(jí)易產(chǎn)生后級(jí)易產(chǎn)生非線性失真非線性失真增益取決于增益取決于mg跨導(dǎo)跨導(dǎo) 由由工作點(diǎn)工作點(diǎn)決定決定

7、負(fù)載負(fù)載LNALNA的負(fù)載形式的負(fù)載形式LCLC諧振回路諧振回路 Q Q值、諧振阻抗值、諧振阻抗集中參數(shù)選頻濾波器集中參數(shù)選頻濾波器注意阻抗匹配注意阻抗匹配（5 5）自動(dòng)增益控制自動(dòng)增益控制根據(jù)接收信號(hào)的根據(jù)接收信號(hào)的強(qiáng)弱強(qiáng)弱自動(dòng)控制增益自動(dòng)控制增益信號(hào)弱，信號(hào)弱，增益大增益大信號(hào)強(qiáng)，信號(hào)強(qiáng)，增益小增益小，以防后級(jí)非線性失真，以防后級(jí)非線性失真（6 6）輸入阻抗匹配輸入阻抗匹配放大器與放大器與輸入源輸入源的匹配的匹配最大功率傳輸最大功率傳輸共軛匹配共軛匹配噪聲系數(shù)最小噪聲系數(shù)最小噪聲匹配噪聲匹配匹配方式匹配方式a.a.共源組態(tài)共源組態(tài)輸入阻抗很輸入阻抗很大并聯(lián)電阻大并聯(lián)電阻等于信號(hào)源等于信號(hào)源

8、內(nèi)阻內(nèi)阻b.b. 共柵組態(tài)共柵組態(tài)1mg輸入阻抗輸入阻抗改變改變 達(dá)達(dá)匹配匹配mgc.c.電阻電阻負(fù)反饋負(fù)反饋改變輸改變輸入阻抗入阻抗d.d.電感電感負(fù)反饋負(fù)反饋改變輸改變輸入阻抗入阻抗（7 7）線性范圍線性范圍衡量指標(biāo)：衡量指標(biāo)：三階互調(diào)截點(diǎn)三階互調(diào)截點(diǎn)IIPIIP3 3、增益、增益1dB1dB壓縮點(diǎn)壓縮點(diǎn)討論放大器的線性范圍時(shí)應(yīng)注意的討論放大器的線性范圍時(shí)應(yīng)注意的三個(gè)問題三個(gè)問題：1）線性范圍和線性范圍和器件器件有關(guān)，場效應(yīng)管由于是平方率特有關(guān)，場效應(yīng)管由于是平方率特性，因此它的線性要比雙極型好。性，因此它的線性要比雙極型好。2）線性范圍和線性范圍和電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)有關(guān)。有關(guān)。3）輸入端的

9、輸入端的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)也會(huì)影響也會(huì)影響LNA的線性范圍。的線性范圍。（8 8）隔離度和穩(wěn)定性隔離度和穩(wěn)定性 增大低噪聲放大器的增大低噪聲放大器的反向隔離反向隔離可以減少本振信號(hào)可以減少本振信號(hào)從混頻器向天線泄露程度，以增強(qiáng)放大器的穩(wěn)定性。從混頻器向天線泄露程度，以增強(qiáng)放大器的穩(wěn)定性。 引起反向傳輸?shù)脑蛟谟诰w管的集電極和基引起反向傳輸?shù)脑蛟谟诰w管的集電極和基極間的級(jí)間電容極間的級(jí)間電容 以及電路中以及電路中寄生參數(shù)寄生參數(shù)的影響，的影響，它們也是造成放大器它們也是造成放大器不穩(wěn)定不穩(wěn)定的原因。的原因。bcC 通常采用通常采用中和電容中和電容法及晶體管法及晶體管共射共基共射共基（

10、或共（或共源共柵）結(jié)構(gòu)提高穩(wěn)定性。源共柵）結(jié)構(gòu)提高穩(wěn)定性。一、一、射頻集成電路工藝射頻集成電路工藝 現(xiàn)代移動(dòng)通信的發(fā)展要求現(xiàn)代移動(dòng)通信的發(fā)展要求低成本低成本，低功耗低功耗，高集成高集成的集成電路，為了實(shí)現(xiàn)射頻集成，選擇的集成電路，為了實(shí)現(xiàn)射頻集成，選擇合適的工藝技術(shù)很重要。合適的工藝技術(shù)很重要。 目前常用的射頻集成電路工藝有：目前常用的射頻集成電路工藝有：雙極雙極（bipolarbipolar）、）、 GaAsGaAs 和和 CMOSCMOS 工藝。工藝。1 1）雙極工藝：雙極工藝：純雙極（純雙極（pure bipolarpure bipolar）-BJTBJT, , BiCMOSBiCMOS

11、 和和 SiGeSiGe HBTHBT（異質(zhì)結(jié)雙極管）與（異質(zhì)結(jié)雙極管）與 CMOS CMOS 相比，相比，雙極晶體管有兩個(gè)雙極晶體管有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 相同的偏置電流下，跨導(dǎo)大，可使放大器在較小相同的偏置電流下，跨導(dǎo)大，可使放大器在較小的功耗下獲得大增益。的功耗下獲得大增益。 有較高的增益帶寬積，可以提高放大器在較小的有較高的增益帶寬積，可以提高放大器在較小的功耗下獲得大增益。功耗下獲得大增益。Tf工藝技術(shù)工藝技術(shù)截止頻率截止頻率 (GHZ)(GHZ)BipolarBipolar25 25 50 50BiCMOSBiCMOS10 10 20 20SiGeSiGe HBT HBT40 - 804

12、0 - 802 2） GaAsGaAs 工藝工藝 GaAs GaAs 是一種化合半導(dǎo)體材料，性能未定，是一種化合半導(dǎo)體材料，性能未定，工藝成熟，它的最高頻率可達(dá)到工藝成熟，它的最高頻率可達(dá)到 50-100GHz50-100GHz。3 3） CMOS CMOS 工藝工藝 CMOS CMOS器件器件噪聲低噪聲低，線性度好線性度好，可將通信系統(tǒng)，可將通信系統(tǒng)的射頻和幾道數(shù)字電路集成在一塊芯片上，是移的射頻和幾道數(shù)字電路集成在一塊芯片上，是移動(dòng)通信集成電路的發(fā)展方向。動(dòng)通信集成電路的發(fā)展方向。二、二、晶體管高頻等效模型晶體管高頻等效模型 在利用晶體管進(jìn)行放大器、振蕩器混頻器在利用晶體管進(jìn)行放大器、振蕩

13、器混頻器等單元基礎(chǔ)電路設(shè)計(jì)時(shí)，都需要晶體管的等單元基礎(chǔ)電路設(shè)計(jì)時(shí)，都需要晶體管的電路電路模型模型作為指導(dǎo)，因此理解晶體管的高效等效模作為指導(dǎo)，因此理解晶體管的高效等效模型是很重要的。型是很重要的。 由于晶體管有由于晶體管有三極管三極管和和場效應(yīng)管場效應(yīng)管兩類，而兩類，而它們各自的工作機(jī)理不相同，故它們的模型也它們各自的工作機(jī)理不相同，故它們的模型也不一樣。不一樣。共射放大器原理圖共射放大器原理圖 基極偏置基極偏置V VBEQBEQ 決定基極偏置電流決定基極偏置電流 I IBQBQ集電極電源集電極電源 V VCCCC負(fù)載電阻負(fù)載電阻 R RL L共同決定共同決定工作點(diǎn)工作點(diǎn)Q Q1.1.雙極型晶

14、體管共射小信號(hào)等效電路雙極型晶體管共射小信號(hào)等效電路基極電流與偏置基極電流與偏置電壓關(guān)系圖電壓關(guān)系圖輸入信號(hào)為輸入信號(hào)為 , , svBEBEQsvVv輸出電流公式輸出電流公式BEsqqvvkTkTCSCQiI eIeBJTBJT的的I-VI-V曲線曲線工作點(diǎn)工作點(diǎn)Q Q26TkTVmVq當(dāng)當(dāng) ， 時(shí)時(shí)smTVV晶體管可用如下圖所示的晶體管可用如下圖所示的等效電路等效電路代替代替混合混合 型等效電路型等效電路理解電路中各元件的物理意義理解電路中各元件的物理意義從兩個(gè)層次上加強(qiáng)對(duì)等效電路的理解從兩個(gè)層次上加強(qiáng)對(duì)等效電路的理解理解晶體管作為放大器的本質(zhì)理解晶體管作為放大器的本質(zhì)注意兩點(diǎn)注意兩點(diǎn)電路

15、中的所有參數(shù)均與工作點(diǎn)電路中的所有參數(shù)均與工作點(diǎn)Q Q有關(guān)有關(guān) 該電路是交流小信號(hào)等效電路該電路是交流小信號(hào)等效電路 電路中各元件的物理意義電路中各元件的物理意義BEBmQvrig為輸出交流短路時(shí)的為輸出交流短路時(shí)的輸入電阻輸入電阻1）CQCmBETQIigvV2）為正向?yàn)檎騻鬏斂鐚?dǎo)傳輸跨導(dǎo)0CEACCQQvVriI3）為輸入交流短路下的為輸入交流短路下的輸出阻抗輸出阻抗jebCCC4） 為正偏為正偏發(fā)射結(jié)電容發(fā)射結(jié)電容 為基區(qū)為基區(qū)擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容jeCbC001nBCCCV5）反偏反偏集電結(jié)電容集電結(jié)電容csC集電結(jié)與襯底間的集電結(jié)與襯底間的勢壘電容勢壘電容6）bbreerccr7） 、

16、 、 為各極的為各極的體電阻體電阻 8） 特征頻率特征頻率 定義為共射輸出短路電流放定義為共射輸出短路電流放 大倍數(shù)下降為大倍數(shù)下降為 1 時(shí)的頻率時(shí)的頻率Tf2 ()2mmTggfCCC二、二、場效應(yīng)管小信號(hào)模型場效應(yīng)管小信號(hào)模型 根據(jù)場效應(yīng)管漏源電壓根據(jù)場效應(yīng)管漏源電壓 的大小，可以分為的大小，可以分為可可變電阻區(qū)變電阻區(qū)和和飽和工作區(qū)飽和工作區(qū)。DSv()()DnGSGS thDSivVvu 可變電阻區(qū)特性（可變電阻區(qū)特性（ 很?。┖苄。〥Sv理解：理解： 和和 成線性關(guān)系成線性關(guān)系DiDSv()()DnGSGS thDSigvVv電導(dǎo)值為電導(dǎo)值為GSv 此電阻受柵源電壓此電阻受柵源電壓

17、 的控制（的控制（可變電阻可變電阻） ()GSGS thvV()DSGSGS thvvV條件：條件：恒流區(qū)場效應(yīng)管等效為一個(gè)理想的恒流區(qū)場效應(yīng)管等效為一個(gè)理想的電壓控制電流源電壓控制電流源。u 飽和區(qū)飽和區(qū)()GSGS thvV()DSGSGS thvvV條件：條件：2()1()2DnGSGS thivV伏安特性：伏安特性：轉(zhuǎn)移跨導(dǎo)：轉(zhuǎn)移跨導(dǎo)：()()2DmnGSGS thnDQDSigvVIv可見，小信號(hào)跨導(dǎo)與偏置電流可見，小信號(hào)跨導(dǎo)與偏置電流 的平方根的平方根成反比成反比。DQI 場效應(yīng)管高頻小信號(hào)模型場效應(yīng)管高頻小信號(hào)模型等效電路中包含等效電路中包含3個(gè)極間電容：個(gè)極間電容： -柵極與源

18、區(qū)電容柵極與源區(qū)電容gsCdsC -柵極與漏區(qū)電容柵極與漏區(qū)電容gdC-漏極與源極電容漏極與源極電容 、 、 分別為各極的歐姆電阻，分別為各極的歐姆電阻， 是漏源是漏源電阻，電阻， 是串聯(lián)柵極電阻是串聯(lián)柵極電阻GrSrDrdsriR對(duì)于對(duì)于GaAs FET ，這些參數(shù)的典型值為，這些參數(shù)的典型值為7iR 400dsr 0.3gsCpF0.12dsCpF0.01gdCpF40mgmS場效應(yīng)管的場效應(yīng)管的單位電流增益單位電流增益頻率為頻率為2 ()2mmTgsgdgsggfCCC一、一、低噪聲放大器基本電路低噪聲放大器基本電路如上圖所示，放大器電路包括：如上圖所示，放大器電路包括：放大器的結(jié)構(gòu)框圖

19、放大器的結(jié)構(gòu)框圖1.直流（電壓直流（電壓/電流）電流）偏置電路偏置電路2.阻抗阻抗匹配匹配/轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換電路電路3.控制和控制和保護(hù)保護(hù)電路（按需要）電路（按需要）二、二、低噪放設(shè)計(jì)的基本任務(wù)低噪放設(shè)計(jì)的基本任務(wù)三、放大器各部分電路設(shè)計(jì)三、放大器各部分電路設(shè)計(jì) 直流偏置電路的功能是為有源器件提供選擇的工直流偏置電路的功能是為有源器件提供選擇的工作點(diǎn)，其本質(zhì)是一個(gè)低通濾波器，起到通直流，隔作點(diǎn)，其本質(zhì)是一個(gè)低通濾波器，起到通直流，隔交流的作用。交流的作用。 直流偏置電路有兩種類型，一種是無源偏置，另直流偏置電路有兩種類型，一種是無源偏置，另一種為有源偏置。無源偏置又分為固定基流偏置、一種為有源偏置。

20、無源偏置又分為固定基流偏置、基極分壓射極偏置和傳輸線偏置三種形式?；鶚O分壓射極偏置和傳輸線偏置三種形式。 1. 直流（電壓直流（電壓/電流）偏置電路設(shè)計(jì)電流）偏置電路設(shè)計(jì)固定基流偏置電路固定基流偏置電路1） 固定基流偏置電路固定基流偏置電路 工作點(diǎn)電流電壓的改變會(huì)使工作點(diǎn)電流電壓的改變會(huì)使BJTBJT小信號(hào)參數(shù)改變，從小信號(hào)參數(shù)改變，從而使放大器的性能指標(biāo)不穩(wěn)定，而使放大器的性能指標(biāo)不穩(wěn)定，甚至振蕩。甚至振蕩。CICEV 固定基流偏置電路電路固定基流偏置電路電路結(jié)構(gòu)比較簡單，但當(dāng)溫度、結(jié)構(gòu)比較簡單，但當(dāng)溫度、電源電壓變化或更換參數(shù)不電源電壓變化或更換參數(shù)不同的同的BJT時(shí)，直流時(shí)，直流工作點(diǎn)工

21、作點(diǎn)Q（ 、 ）會(huì)明顯變化。）會(huì)明顯變化。2）基極分壓射極偏置電路基極分壓射極偏置電路基極分壓射極偏置電路基極分壓射極偏置電路 基極分壓射極偏置電路基極分壓射極偏置電路是一種可以穩(wěn)定工作的電路是一種可以穩(wěn)定工作的電路結(jié)構(gòu)。電路中利用結(jié)構(gòu)。電路中利用電阻電阻 引入引入電流采樣電壓求和電流采樣電壓求和式的式的負(fù)反饋，當(dāng)某種原因（如溫負(fù)反饋，當(dāng)某種原因（如溫度升高，電源電壓增加或更度升高，電源電壓增加或更換更大換更大 的的BJT）使得工作）使得工作點(diǎn)的點(diǎn)的 ER 增加時(shí)，則電路中直流負(fù)反饋?zhàn)饔每梢栽黾訒r(shí)，則電路中直流負(fù)反饋?zhàn)饔每梢砸种埔种?的增加，使得放大器的的增加，使得放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)相當(dāng)穩(wěn)定靜

22、態(tài)工作點(diǎn)相當(dāng)穩(wěn)定。CICI3） 有源偏置電路有源偏置電路有源偏置電路有源偏置電路 有源偏置電路具有相有源偏置電路具有相當(dāng)出色的當(dāng)出色的溫度穩(wěn)定性溫度穩(wěn)定性，但同時(shí)也帶來了元件數(shù)但同時(shí)也帶來了元件數(shù)目增多，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜目增多，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點(diǎn)。在放大器的溫等缺點(diǎn)。在放大器的溫度穩(wěn)定性度穩(wěn)定性要求比較高要求比較高的的時(shí)候，可以考慮采用這時(shí)候，可以考慮采用這種偏置電路。種偏置電路。傳輸線偏置電路傳輸線偏置電路3）傳輸線偏置電路傳輸線偏置電路 傳輸線偏置法可以傳輸線偏置法可以抑制偶次諧波抑制偶次諧波，并且還可以，并且還可以改善放大器的穩(wěn)定性改善放大器的穩(wěn)定性。固定基流偏置電路固定基流偏置電路 基極分

23、壓射極偏置電路基極分壓射極偏置電路傳輸線偏置電路傳輸線偏置電路 阻抗匹配阻抗匹配/ /轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)取決與放大器要求的增轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)取決與放大器要求的增益、噪聲系數(shù)、功率、效率和調(diào)失真比等指標(biāo)。益、噪聲系數(shù)、功率、效率和調(diào)失真比等指標(biāo)。2. 阻抗匹配阻抗匹配/轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 1）確定要求的最小噪聲源阻抗）確定要求的最小噪聲源阻抗 2）將最小噪聲源阻抗匹配到輸入信號(hào)源阻抗）將最小噪聲源阻抗匹配到輸入信號(hào)源阻抗 （輸入阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)）（輸入阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)） 3）確定放大器輸出阻抗）確定放大器輸出阻抗 4）匹配輸出阻抗到負(fù)載阻抗（輸出匹配網(wǎng)絡(luò)）匹配輸出阻抗到負(fù)載阻抗（輸出匹配網(wǎng)絡(luò)） LNA阻抗匹

24、配阻抗匹配/轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)步驟轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)步驟 常用的匹配電路類型常用的匹配電路類型1）L型匹配電路型匹配電路 L型匹配電路是型匹配電路是最簡單最簡單的匹配電路類型，但其的匹配電路類型，但其Q值值固定，且存在匹配禁區(qū)。固定，且存在匹配禁區(qū)。 2）T形或形或 形形匹配電路匹配電路三元件和多元件匹配網(wǎng)絡(luò)的三元件和多元件匹配網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)特點(diǎn)a適合幾乎適合幾乎所有的匹配條件所有的匹配條件。b由于增加了元件，使匹配網(wǎng)絡(luò)有由于增加了元件，使匹配網(wǎng)絡(luò)有很好的調(diào)諧性能很好的調(diào)諧性能。c可調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的品質(zhì)因數(shù)可調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的品質(zhì)因數(shù)Q。3）傳輸線匹配電路傳輸線匹配電路 傳輸線匹配網(wǎng)絡(luò)具有良好的通用性，它可

25、在任意傳輸線匹配網(wǎng)絡(luò)具有良好的通用性，它可在任意輸入阻抗和實(shí)部不為零的負(fù)載阻抗之間形成匹配，此輸入阻抗和實(shí)部不為零的負(fù)載阻抗之間形成匹配，此匹配電路特別適用于匹配電路特別適用于GHz以上以上的射頻電路，由于節(jié)約的射頻電路，由于節(jié)約元器件，故能元器件，故能減小成本減小成本。4）傳輸線傳輸線-分立元件混合型匹配網(wǎng)絡(luò)分立元件混合型匹配網(wǎng)絡(luò)傳輸線傳輸線-分立元件混合型匹配網(wǎng)絡(luò)的分立元件混合型匹配網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)特點(diǎn)：1）傳輸線和分立元件電容混合使用，可以傳輸線和分立元件電容混合使用，可以減小匹配減小匹配網(wǎng)絡(luò)尺寸網(wǎng)絡(luò)尺寸，有利于高頻集成電路設(shè)計(jì)。，有利于高頻集成電路設(shè)計(jì)。2）不使用分立元件不使用分立元件電感電

26、感，可降低整個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)的電，可降低整個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)的電阻性損耗。阻性損耗。3）可增加元件，以增強(qiáng)電路的可增加元件，以增強(qiáng)電路的調(diào)諧調(diào)諧性能。性能。五、五、常見的常見的LNALNA電路配置電路配置1.1.共發(fā)射極或共源極共發(fā)射極或共源極LNA(CE/CS)LNA(CE/CS)2.2.共基極或共柵極共基極或共柵極LNA(CB/CG)LNA(CB/CG)3.3.共集極或共漏極共集極或共漏極LNALNA（CC/CDCC/CD） 4. 4.電流共用電流共用LNA LNA 5.5.負(fù)反饋負(fù)反饋LNALNA六、六、低噪聲放大器的設(shè)計(jì)步驟低噪聲放大器的設(shè)計(jì)步驟1.1. 依據(jù)應(yīng)用要求（噪聲，頻率，帶寬，增益，功耗等

27、）選擇依據(jù)應(yīng)用要求（噪聲，頻率，帶寬，增益，功耗等）選擇 合適的晶體管合適的晶體管2. 2. 確定確定LNALNA電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)3. 3. 確定放大器的直流工作點(diǎn)和設(shè)計(jì)偏置電路確定放大器的直流工作點(diǎn)和設(shè)計(jì)偏置電路4. 4. 確定最小噪聲輸入阻抗確定最小噪聲輸入阻抗5.5. 將最小噪聲輸入阻抗匹配到信號(hào)源阻抗（輸入匹配網(wǎng)絡(luò)）將最小噪聲輸入阻抗匹配到信號(hào)源阻抗（輸入匹配網(wǎng)絡(luò)）6. 6. 確定放大器輸出阻抗確定放大器輸出阻抗7. 7. 匹配放大器輸出阻抗到負(fù)載阻抗（輸出匹配網(wǎng)絡(luò)）匹配放大器輸出阻抗到負(fù)載阻抗（輸出匹配網(wǎng)絡(luò)）8. 8. 仿真仿真LNALNA性能和優(yōu)化性能和優(yōu)化9. 9. 電路

28、制作和性能調(diào)試電路制作和性能調(diào)試10.10.性能的測量和標(biāo)定性能的測量和標(biāo)定頻帶頻帶/GHz/GHz 2.0 2.02.22.2噪聲系數(shù)噪聲系數(shù)/dB/dB =2.5 =28 =28等駐波比等駐波比VSWRVSWR =2.5 =-5 =-5增益平坦度增益平坦度/dB/dB 1 1u 低噪聲放大器的簡要設(shè)計(jì)過程低噪聲放大器的簡要設(shè)計(jì)過程 1.1.LNALNA設(shè)計(jì)要求的設(shè)計(jì)要求的性能指標(biāo)性能指標(biāo)2.2.晶體管的選擇晶體管的選擇 本實(shí)驗(yàn)所選用的晶體管為本實(shí)驗(yàn)所選用的晶體管為InfineonInfineon公司的公司的BFP405_BJTBFP405_BJT，這種晶體管適合用來設(shè)計(jì)小信號(hào)放，這種晶體管

29、適合用來設(shè)計(jì)小信號(hào)放大器。單管在大器。單管在2.02.02.2GHz2.2GHz處的最小噪聲系數(shù)大于處的最小噪聲系數(shù)大于1.5dB1.5dB，能達(dá)到的最大資用增益為，能達(dá)到的最大資用增益為17dB17dB。 3.3.LNALNA電路方案的確定電路方案的確定 根據(jù)設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)，根據(jù)設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)，LNA的電路方案為兩級(jí)的電路方案為兩級(jí)放大，為簡便起見，前后兩級(jí)采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)。晶體放大，為簡便起見，前后兩級(jí)采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)。晶體管的工作點(diǎn)選在負(fù)載線的管的工作點(diǎn)選在負(fù)載線的中點(diǎn)中點(diǎn)，使放大器工作在，使放大器工作在A類。輸入匹配網(wǎng)絡(luò)采用類。輸入匹配網(wǎng)絡(luò)采用最小噪聲匹配最小噪聲匹配，輸出匹配網(wǎng)，輸出匹配網(wǎng)絡(luò)

30、采用絡(luò)采用共軛匹配共軛匹配。4.4.偏置電路設(shè)計(jì)偏置電路設(shè)計(jì) 直流偏置電路的功能是為有源器件提供選擇的工直流偏置電路的功能是為有源器件提供選擇的工作點(diǎn)，其本質(zhì)是一個(gè)作點(diǎn)，其本質(zhì)是一個(gè)低通濾波器低通濾波器，起到，起到通直流通直流，隔交隔交流流的作用。的作用。 上圖中，上圖中，R1R1、R5R5為限流電阻，為限流電阻，R2R2與與R3R3、R4R4構(gòu)成分構(gòu)成分壓回路，旁路電容壓回路，旁路電容C2C2、C3C3與四分之一波長傳輸線與四分之一波長傳輸線L1L1、L2L2起阻止基波流向直流源和抑制偶次諧波的作用。起阻止基波流向直流源和抑制偶次諧波的作用。電容電容C4C4、C5C5起隔直通交作用。而旁路電

31、容起隔直通交作用。而旁路電容C1C1、C2C2負(fù)負(fù)責(zé)濾除直流源的雜散信號(hào)。責(zé)濾除直流源的雜散信號(hào)。5.5.阻抗匹配阻抗匹配/ /轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 阻抗匹配阻抗匹配/轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)取決于放大器要求的增益、轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)取決于放大器要求的增益、噪聲系數(shù)、功率、效率和調(diào)失真比等指標(biāo)。噪聲系數(shù)、功率、效率和調(diào)失真比等指標(biāo)。 為了節(jié)省元件，并使放大器的性能穩(wěn)定且布局為了節(jié)省元件，并使放大器的性能穩(wěn)定且布局合理，設(shè)計(jì)的低噪聲放大器的匹配網(wǎng)絡(luò)均采用單節(jié)合理，設(shè)計(jì)的低噪聲放大器的匹配網(wǎng)絡(luò)均采用單節(jié)短截線匹配法，如下圖所示。第一級(jí)的輸入匹配網(wǎng)短截線匹配法，如下圖所示。第一級(jí)的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)采用最小噪聲匹配，即確定晶體管的最小噪聲源絡(luò)采用最小噪聲匹配，即確定晶體管的最小噪聲源阻抗，將所得到的最小噪聲源阻抗匹配到實(shí)際的信阻抗，將所得到的最小噪聲源阻抗匹配到實(shí)際的信號(hào)源阻抗，輸入端匹配好以后，測出此時(shí)晶體管的號(hào)源阻抗，輸入端匹配好以后，測出此時(shí)