低噪放声放大器设计.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,5.3,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,典型电路,Q,晶体管,Q,偏置电阻,、,输入匹配,网络,负载,：选频回路,交流旁路,电容 、,负载电阻,晶体管、负载部分接入,分析电路步骤,（,2,）,画出放大器的交流通路图,（,3,）,代入晶体管的小信号等效电路及参数，,计算放大器的各项指标,（,1,）,分析直流偏置，决定直流工作点，得出对应工作点的参数,画,交流通路图,的原则：,直流电源是,交流地,大电容（交流旁路电容）,短路,大电感（扼流圈,),开路,仅做偏置用的直流电阻,可不画,Q,完整电路,画交流图,电源是交流地,去掉偏置,大电容短路,代入晶体管,等效电路,设晶体管,为单向传输,计算增益（单向传输）,对,线圈部分接入,进行折合,电流源,和,接入系数,负载,接入系数,回路谐振,，低噪放工作频率为,设,LC,回路的空载,Q,为,Q,0,回路,谐振阻抗,（其中 ）,选择回路电抗元件：,回路谐振阻抗,输出电压,电压增益,低噪放回路带宽,其中,(),增加稳定性,抵消极间电容 的影响,添加,中和电容,注意反馈的,极性,极间电容,的反馈通路,中和电容,的反馈通路,例,5.3.1,1GHZ CMOS,低噪声放大器,1.,电路结构：,场效应管,M,1,和,M,2,、,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,C,O,M,3,交流短路（作用见后分析）,C,O,C,O,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,M,1,为例）,共栅,、,栅源,电容,漏极,电容 （包括栅漏电容 ）,杂散,及分布电容,C,P,杂散,电容,（,包括下级混频器的,输入,电容,）,（,1,）输入匹配网络,外接电感线圈,L,1,栅源电容,杂散及分布电容,C,P,并联回路,谐振频率,工作频率,1GHz,回路,谐振阻抗,共栅极输入阻抗,为,调节匹配方法：,调节,M,1,和,M,2,的,偏置电压,V,G,改变,M,1,M,2,的,跨导,g,m,，,使,=,，,完成与源阻抗匹配,。

2,）输出回路,电感,线圈,L,3,漏极,电容,杂散,电容,（包括,下级输入,电容）,并联,谐振回路，,谐振于工作频率已知管子电容 和 ，得：,代入,MOS,管,共栅,等效电路,2.,性能指标,(1),增益,增益,管子,跨导,负载,回路谐振阻抗,设线圈,L,3,的,串联损耗电阻,是,r,单管增益,：,比值 取决于电感的制作方式,外接电感,芯片内集成电感,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,当两个回路,Q,值相同时,电路特点：,输入,输出,并联回路,选频,阻抗变换,带宽？,由两个回路共同决定,设每个回路带宽为,BW,1,称 为缩减因子当两回路,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,放大器,噪声系数,F,=1+,电路变形，将噪声源分裂成两个,输出端 折合到输入端：,（,4,）线性,差动输入,方式,输入信号动态范围大于单管,差动输出,方式,输出电流是,M,1,和,M,2,的输出,电流之差,抵消,非线性失真的,偶次谐波,扩大了线性范围,共栅组态,C,gd,没有反馈,C,gd,包含在,C,d,中,（,6,）输出电平调节,目的,：与后级直流一致,M,3,工作在,可变电阻,区,调节,M,3,的,栅极偏压,V,C,改变了,M,3,等效电阻,改变了输出直流电平,（,5,）隔离,增强稳定性,不稳定原因,极间电容,C,gd,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,V,DD,电阻,阻止,M,3,的噪声进入,M,1,M,3,与,M,1,组成,镜象电流源,（,1,）偏置电路,电路分析,M,3,的,电流,电阻,M,3,的偏压,电源电压,V,DD,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,调节,与源阻抗,共轭匹配,Q,in,为输入回路的有载,Q,（,3,）噪声,仅考虑由场效应管,M,1,的沟道电阻噪声,（,5,）线性,双端输入和输出差分对结构,源极采用电感,L,2,负反馈阻抗,扩大线性范围,（,6,）隔离,共源共栅接连组态,失配法，提供了最佳的输出输入间,的隔离度，,减少了极间电容 影响,（,4,）增益,共源共栅级连、负载,LC,回路,M,1,M,2,L,3,C,参数,数值,增益,20.7dB,噪声系数,2.4 dB,输入阻抗（）,-27 dB,（在,1.894GHz,）,-2 dBm,镜频抑制（在,1.5GHz,）,-10.6 dB,功耗,19.8mW,电源,3.3V,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,工作频率范围：,400,1500MHz,，,增益,15.1dB,增益随温度变化,0.6 dB,噪声系数,0.9 dB,输入回波损耗,-11 dB,输出回波损耗,-14 dB,反向隔离,40 dB,输入,1dB,增益压缩点,-22 dBm,输入三阶截点,-10 dBm,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,频率,模,相角,模,相角,模,相角,模,相角,400,0.907,-35.1,4.62,109.1,0.001,13.5,0.302,108.4,800,0.810,-64.9,4.85,29.1,0.004,64.2,0.384,56.8,1200,0.735,-88.0,4.48,-53.4,0.013,-10.6,0.455,10.7,1500,0.688,-104.,3.81,-117.,0.024,-59.8,0.489,-20.2,(,只列举,4,个频率点,，,MHz,),利用,S,参数设计放大器外围元件,。