宽带低噪声放大器设计应用

2017-06-23 09:51:40      点击:

  宽带低噪声放大器是射频接收机前端的主要部件。它的增益、噪声、线性度等直接影响整个电路系统的性能。UHF频段从3003000MHz,是当前无线通信应用比较集中的一个频段,如WLANGPSGSM等等,所以该频段对射频模块电路的需求量大。本文利用EM/circuit协同仿真设计了一款覆盖整个UHF频段的宽带低噪声放大器,给出了具体实例。

  主要设计指标:频率5003000MHz,增益≥14dB,平坦度±0.5dB,输入输出回波损耗>10dBNF1.4dB,输出P-114dBm,工作电压3.3v,电流<100mA。微波放大器根据功能可以分为低噪声放大器(LNA),功率放大器(PA)和驱动放大器(DriverAmplifier)。对于低噪声放大器的设计,器件选择十分重要,以噪声系数为评价指标对器件排序如下:HEMT>JFET,MESFET>HBT>BJT>CMOS我们综合成本和性能的要求,选择AgilentATF-54143,它是HEMT,噪声系数很低,而且在3GHz时,MAG还有19.77dB(Vds=3VIds=20mA)

 

  首先考虑放大器的稳定性,一般放大器不是全频带稳定的,将一个放大器简化为一个二端口网络,则无条件稳定条件可表示。只要它们之中有一个大于1,另外一个也必然大于1,而且K也会大于1,此时放大器无条件稳定。对于LNA,电阻的出现会提高放大器的稳定性,降低放大器的增益,增加放大器的噪声,所以最好把稳定放大器的电阻放到输出端去,同时由于放大器一般是在某些频段不稳定的,这时可以对电阻元件引入并联或串联电容,使得电阻对某些特定频率进行较大衰减,这样将对不稳定频段的稳定性有所改善,同时尽可能少的影响其它频段的稳定系数K。如果K值过大,放大器的增益下降会很厉害,一般K1.1左右比较好。宽带阻抗匹配是一个困难的问题。因为复阻抗通常随频率变化,BodeFano等人指出,当存在电抗元件时,在宽带匹配方面有一个实际极限。

  虽然有多种实现宽带放大器的技术,但是常用的主要有以下两种:平衡式放大器、反馈式放大器。基于成本和体积的考虑,我们采用负反馈进行宽带放大器的设计。

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