LNA学习笔记一

一、基本概念1）噪声系数噪声系数=输入端信噪比/输出端信噪比噪声系数越小越好2）接收机灵敏度接收机灵敏度定义了接收机可以接收到的并仍能正常工作的最低信号强度。灵敏度是一个功率电平，通常用dBm表示（一般是一个较大的负dBm数）。灵敏度=-174dBm+10*log(BW)+Eb/N0+NFBW指的是中频带宽，Eb/N0与信噪比相关；对于确定的射频系统，BW及Eb/N0都是确定值，因此射频系统中影响接收机灵敏度的关键因子是噪声系数NF。-174dBm的来历：单位Hz噪声功率，也即常温下的热噪声功率谱密度KTB=1.38*10-23*（273.15+18）*1=-174dBmSNR即信噪比SNR=（Eb*R）/（N0*B）R为数据比特速率B为信号占用带宽，在扩频系统中通常和chiprate取同样的值香农定理：R=B*log2（1+SNR）R为数据传输速率在R一定的条件下，增大信号带宽B，可以降低对信噪比的要求。扩频系统就是采用增大信号占用带宽的方法来降低对信噪比的要求某高人对于灵敏度的另一种理解:灵敏度实际上是指满足指定Eb/N0的最小信号功率，如果数据比特速率R一定，增大信号占用带宽B，此时带内噪声功率增加（N0*B），到一定程度可使SNR0dB，就是说这个带宽内信号功率Eb*R小于噪声功率N0*B，信号淹没于噪声里，但是Eb/N0仍可以被保证，也就是系统仍可以正常解码，正常工作。Eb/N0是基带范畴的概念。二、李辑熙-射频电路工程设计-关于低噪放1）低噪放关键指标个人认为，低噪放最重要的两个指标就是增益与噪声系数，这个要从级联系统的噪声系数说起：NF=NF1+(NF2-1)/G1+(NF2-1)/G1/G2+……我们做个假定，假设NF1=2，NF2=8，G1=14则(NF2-1)/G1=0.5；0.5与NF1=2相比，则对系统整体噪声系数的影响就弱得多了，同理，在这之后的放大级则影响更小；从上面的公式中，我们不难发现，放大器的增益越高，则后级放大器对系统整体噪声系数的影响就越小，因此我们希望高增益的低噪声放大器。追求二者兼得则是我们设计低噪声放大器的最重要目标。2）最小噪声系数与最佳增益条件个人认为，李辑熙在文中从工程实践角度，说明了如何做到这两者的结合，易于理解与操作。ThomasLEE的《CMOS射频集成电路设计》注重从解析角度，电路层面分析这个问题，其实最终要说明的问题相同。李辑熙的分析借助了史密斯原图，从阻抗角度分析，更易理解。先摆结论：分立器件的最小噪声系数与最大增益同时达到的条件是：ΓS,opt=S11∗解释一下这个式子，见下图：上面这张图很明确了ΓS,opt，S11∗这两个符号的含义，这个公式其实可以用一句话来概括，要使得低噪放的最小噪声系数与最大增益同时达到，则需要最小噪声系数阻抗与最大增益阻抗相等。我们来解释一下这句话，我们知道特定值的S11∗和ΓS,opt对应史密斯原图上唯一的阻抗点，而这两个参数，见上图，都是从内部裸管（我们指的是未经匹配的MOS管）向匹配网络看过去的，因此如果S11∗与ΓS,opt相等，则对应的阻抗点也必然相等。其实，无非是阻抗匹配，怎么可能出现一个匹配网络适应两个相隔很远的阻抗点么，所以笔者这个结论并不奇怪。其实，PowerAmplifier同样也要希望能够达到最大功率阻抗与最大效率阻抗相等的条件，我们知道，这两个阻抗完全相等是不可能的，但是我们可以通过修正器件寄生参数使得两个阻抗值更为接近。在这里李辑熙讲了一种方法，可以实现LNA的最小噪声系数阻抗与最大增益阻抗更为接近，这种方法可以用于低噪放却无法用于功放，因为对于功放，可以耐大电流的电感实在是太难找了。OK，继续LNA，直接介绍李辑熙的办法，见下图：方法就是对地串联一个适当大小的电感，这个电感是的MOS管的阻抗发生了变化，在原图上，这个电感使得S11∗和ΓS,opt发生了如此变化：串联电感前：串联电感后：经过这个修正之后，S11∗和ΓS,opt就比较接近，因此就可以设计一个阻抗匹配网络兼顾二者。3）稳定性？4）级联LNA先来说说为什么要级联？级联放大器可以提高输出阻抗，这样可以减少因电源电压的变化而造成的偏置电压变化的敏感程度，而且还可以获得高电压增益。这一点对于数字电路设计很重要，数字电路总是工作在高阻抗条件下。但是，射频电路总是工作在低阻抗条件下，射频电路设计者追求的是功率增益而非电压增益。不过，对于射频电路设计者来说，级联仍然有着很大的意义：A）减小电压放大器中的密勒效应。在共射或共源结构的电压放大器中总是存在不需要的电容反馈，因此减小密勒效应可以使放大器工作在比其他方法更高的频率上。整个共射-共基级联放大器的带宽约等于单个共基放大器的带宽，这个带宽比单个共射放大器要宽，因此，级联放大器有明显的带宽优势B）可以好的隔离第二级的共基结构保证了输入与输出之间的隔离，因为双极性晶体管的基级接地，所以从输出到输入的容性反馈可以忽略，另外，第二级较小的输入阻抗也有益于输出和输入之间的隔离。C）可以放大信号，不仅是对电压进行放大，也可以对电流放大在级联放大器中，第一级共射放大器主要完成电流放大，第二级共基放大器完成电压增益，共同完成功率放大。电路结构如下：三、板级LNA设计李辑熙所讲的内容大多还是讲的是晶体管级的LNA设计。