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源结构低噪声放大器的优化设计

时间:2013-01-30 16:46:10  来源:  作者:

低噪声放大器(LowNoiseAmplifier简称LNA,低噪放)是射频接收前端的主要组成部分。它位于接收前端的第一级,直接与天线信号相连。由于其位于接收机前端第一级,所以它的噪声特性将大大影响整个系统的噪声性能。由于天线下来的信号一般较弱,所以低噪放本身的噪声特性所引起的灵敏度将影响到是否能正确接收信号,并把有用信号完整的传输到下一级。同时,CMOS器件的噪声特性要比双极型器件或GaAs器件的噪声特性差,所以CMOS低噪放的设计中,噪声性能的控制就成为最大挑战。

低噪放的主要性能要求如下:

(1)低噪声放大器属于放大器之一,首先必须提供足够的放大增益。这是因为射频接收机的接收信号一般都是衰减了很大的信号,如果放大增益不够大,那么后端的处理会很困难。其次,低噪放还要保证其放大增益不超过后端器件的线性范围。这是因为对于外差式接收机(这是当前普遍使用的RF接收机结构),低噪放后面是一个滤波器,再后面就是混频器。如果低噪放的增益过大,就会使得放大后的信号超过了混频器的线性范围,从而造成失真。

(2)从噪声系数来看,低噪放的噪声系数自然是越低越好,低噪放的噪声系数一般应小于6dB。对于同一种设计噪声系数随着工作频率的上升而增大。事实上,噪声系数是不可能无限小的,对于共栅型CMOS低噪放,理论上最小的噪声系数为2.2dB,而且最小噪声系数与最大增益是不可能同时得到的。

(3)好的输入输出匹配也是非常关键的。在高频情况下电路如果不能匹配在所需阻抗上将会产生信号反射使电路不能正常工作。

(4)线性度是低噪声放大器的另一个重要的性能要求。IIP3是描述低噪放三阶交调失真度的一个指标,IIP3越大,说明低噪放抵抗三阶交调失真的能力越强。在保证其他性能前提下,功耗越低,供电电压越低,低噪放的线性性能越好。1

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