1、第五章 低噪声放大器,5.1 低噪声放大器指标 5.2 晶体管高频等效电路 5.3 低噪声放大器设计 5.4 S 参数,第五章 低噪声放大器,特点:,1.位于接收机的最前端,2.接收的信号很微弱且变化,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,描述晶体管的两种模型,举例：混合 型模型,举例：S参数,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,低噪放（LNA）指标分析,（1）低功耗移动通信的必然要求,（2）工作频率取决于晶体管的特征频率,（3）噪声系数
2、,双极晶体管,场效应管,双极晶体管放大器的噪声与基区体电阻 有关,放大器的噪声与工作点有关,放大器噪声系数与信号源内阻有关,分析：,线性网络：,（4）增益,（6）输入阻抗匹配,匹配方式,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：三阶互调截点IIP3、增益1dB压缩点,（8）隔离度和稳定性, 失配法采用共射共基（共源共栅） 组合连接,改进措施,中和法是利用中和电容Cn的中和电路。 为了抵消Yre的反馈, 从集电极回路取一与 反相的电压 , 通过Cn反馈到输入端。根据电桥平衡有,则中和条件为,中和电路 (a) 原理电路; (b) 某收音机实际电
3、路,5.2 晶体管高频等效电路,射频集成电路主要工艺,双极（Bipolar）,砷化钾 GaAs最高频率达到10050GHz超高速微电子学和光电子学,CMOS 噪声低、线性好、与数字集成电路兼容3GHz以上,共射放大器原理图,基极偏置VBEQ 决定基极偏置电流 IBQ,输入信号为 ,5.2.1 双极型晶体管共射小信号等效电路,输出电流公式,混合 型等效电路,理解电路中各元件的物理意义,从两个层次上加强对等效电路的理解,理解晶体管作为放大器的本质,晶体管作为放大器的本质,5.2.2 场效应管小信号模型,恒流区特性,伏安特性为：, 成平方律关系,转移跨导（ 对 的控制能力）,小信号等效电路,5.3
4、低噪声放大器设计,采用晶体管的等效电路模型设计、分析低噪声放大器,电路组成：晶体管、偏置、输入匹配和负载四大部分,分析电路步骤,画交流通路图的原则：,Q,完整电路, 画交流图,电源是交流地,去掉偏置,大电容短路,计算增益（单向传输）,对线圈部分接入 进行折合,回路谐振，低噪放工作频率为, 选择回路电抗元件：, 回路谐振阻抗, 输出电压, 电压增益,增加稳定性抵消极间电容 的影响,例5.3.1 1GHZ CMOS 低噪声放大器,1. 电路结构：,场效应管M1和 M2、共栅组态,接成双端输入双端输出差动放大器,输入端采用电感 和组成匹配网络,输出端采用LC回路选频电感 （ ）下级输入电容CO, M
5、3 交流短路（作用见后分析）,偏置为 （偏置电路省略），电感 和 同时提供了各管子直流通路,电路分析,画交流通路图(以M1为例）,（1）输入匹配网络,调节匹配方法：,调节 M1和M2 的偏置电压VG 改变 M1 M2 的跨导 gm ， 使 = ，完成与源阻抗匹配 。,（2）输出回路,并联谐振回路， 谐振于工作频率。,已知管子电容 和 ，得：,单管增益：,放大器总增益,总输出,总输入,差分放大器总增益与单管相同,（2） 带宽, 当两回路 Q相差很大时,带宽取决于 高Q回路输出回路Q值高,（3）放大器噪声,放大器噪声源,所以等效输入噪声源,输出端 折合到输入端：,（4）线性,差动输入方式 输入信号
6、动态范围大于单管,例5.3.2 1.9 GHz CMOS 低噪声放大器,电路特点,负载用 与下级输入电容组成并联回路,有源偏置, 对称双端输入 双端输出差分形式,共源共栅级连电路,输入回路串联电感,源极电感负反馈,电阻 阻止M3 的噪声进入 M1,M3与M1组成镜象电流源,（1）偏置电路,电路分析,代入场效应管 等效电路的输入级,（2）输入阻抗匹配,输入电路,输入回路方程,输入阻抗,为与源阻抗匹配,调谐输入回路串联谐振于工作频率,低噪放的性能模拟结果,实际产品举例MAX2640,低功耗、超低噪声集成放大器,测试条件： 电源电压 输入射频功率 温度阻抗,小信号线性指标,MAX2640 S参数,(
7、只列举4个频率点，MHz),利用S参数设计放大器外围元件,5.4 S 参数,对 S参数的理解:,电压驻波比的定义,方程的含义?,S参数的求解,强调：S 参数均是在特定条件（端口匹配）下测得的网络参数,问题:当网络端口不匹配时，端口的反射系数如何？,定义四个反射系数,负载端,输出端,输入端,源端,2. 反射系数与 S 参数的关系,根据负载反射系数定义，有,将此式代入双端口网络的S参数方程 ，消去方程组中的,输出端反射系数,输入端反馈系数,对网络反射系数的理解,输入端反馈系数,输出端反射系数,3. 双端口网络的输入阻抗,端口1的输入阻抗：,同时有：,结论：, 同一端口的输入阻抗和反射系数可以互相表示, 反射系数表示了该端口的输入阻抗与参考阻抗 的失配程度,
