高性能射頻 (RF) 收發(fā)器令人興奮的全新 RF 前端設(shè)計(jì)確保了最佳的說(shuō)服技術(shù)。一般來(lái)說(shuō)，如果只打算通過(guò)增加晶體管寬度或電源電壓來(lái)改進(jìn)它，就會(huì)產(chǎn)生設(shè)計(jì)問(wèn)題。您可能需要更大尺寸的 PCB，并且會(huì)有更多的功耗。在本文中，我們將介紹 用于 RF 接收器/收發(fā)器的低噪聲放大器(LNA)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的技巧。

我們將幫助您生產(chǎn) LNA PCB，通過(guò)在低功耗下運(yùn)行來(lái)提供最大性能。

設(shè)計(jì)具有低噪聲系數(shù)的低噪聲放大器電路

如果您想出創(chuàng)新的低噪聲放大器原理圖來(lái)降低其功耗和電壓消耗，那將會(huì)有所幫助。低噪聲放大器可放大天線的信號(hào)功率，同時(shí)確保噪聲較小。它將提供足夠的增益來(lái)克服下一級(jí)的噪聲。

通常，LNA 原理圖具有輸入和輸出阻抗匹配塊，它們之間有一個(gè)放大塊。您應(yīng)該確保檢查射頻前端的增益限制，然后相應(yīng)地最小化噪聲系數(shù)。例如，可能存在一個(gè)限制，即在 2.4 GHz 射頻下可實(shí)現(xiàn)的最大增益為 20 dB。

我們建議您設(shè)計(jì)帶有電感器的線性噪聲放大器。它們是反應(yīng)性的，因此它們不會(huì)在您的 PCB 中產(chǎn)生任何噪音。事實(shí)上，LC 諧振總是會(huì)增強(qiáng) LNA 的噪聲性能和增益。

計(jì)算噪聲系數(shù)和增益性能指標(biāo)

所以，我們剛剛告訴你保持 PCB 的低噪聲系數(shù)。但是你怎么能確保它是低的呢？您需要推導(dǎo)出公式，然后進(jìn)行分析。通常，您將獲得噪聲系數(shù)并獲得性能指標(biāo)以檢查您的 LNA PCB 活動(dòng)。

通常，您可以通過(guò)推導(dǎo)出包含負(fù)載阻抗和晶體管有效跨導(dǎo)的公式來(lái)計(jì)算任何 LNA 電路的增益。對(duì)于噪聲系數(shù)，您可以使用以下通用公式進(jìn)行分析：

使用多層低噪聲放大器 PCB。

需要注意的是，低噪聲放大器 PCB 將在射頻下工作。因此，如果您將設(shè)計(jì) 4 層PCB 布局，它將保持恒定的接地平面。它將進(jìn)一步允許兩個(gè)主要接地層之間的直流電源區(qū)域的分布式射頻去耦。

低噪聲放大器電路原理圖的 PCB 布局需要一個(gè)公共 RF 參考點(diǎn)。它是來(lái)自輸入或輸出端口的所有射頻信號(hào)的射頻接地點(diǎn)。通過(guò)添加一個(gè)共同點(diǎn)，您將確保所有點(diǎn)都處于相同的電位。

在 4 層 PCB 設(shè)計(jì)中，您可以設(shè)置一個(gè)電源平面、兩個(gè)接地平面和一個(gè)電路走線層。此外，如果您充分設(shè)計(jì)了銅跡線的形狀和寬度，這將有所幫助。它將降低低噪聲放大器電路中的分布電感、電容和電阻。

4 層 PCB 還可以讓您獲得可管理的微帶線尺寸。微帶線是射頻范圍 PCB 上的高導(dǎo)電金屬流道。您可以聯(lián)系PCB 制造商計(jì)算介電常數(shù)、銅重量、材料數(shù)據(jù)、核心厚度和標(biāo)準(zhǔn)層堆疊等參數(shù)。使用此信息，您可以毫不費(fèi)力地將微帶線與所需的阻抗值匹配。最后，如果您設(shè)計(jì)完整的偏置走線以降低路徑電阻，這將有所幫助。

在低噪聲放大器 PCB 中使用表面貼裝器件

表面貼裝技術(shù)是將電子元件直接安裝在印刷電路板上的一種方式。如果您使用表面貼裝器件，您將獲得更短的銅跡線和更小的噪聲放大器 PCB 尺寸。而且，在射頻電路中，它會(huì)降低寄生電阻和電容。

此外，如果您保持表面貼裝組件和接地之間的連接短，它會(huì)有所幫助。這是為了降低阻抗。您也可以通過(guò)在接地平面上設(shè)計(jì)兩個(gè)或三個(gè)平行過(guò)孔來(lái)實(shí)現(xiàn)。  

另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是定義低噪聲放大器電路的測(cè)試溫度范圍。您的表面貼裝元件必須能夠在此溫度范圍內(nèi)工作。此外，您可以使用香蕉插孔進(jìn)行偏置電壓、接地和電源連接。為了獲得射頻連接，您可以在低噪聲放大器 PCB 中使用 SMA 連接器。除了體積小之外，它們還提供寬頻率范圍和高可靠性。

低噪聲放大器——為低噪聲放大器電路選擇合適的 PCB 材料

可接受的PCB 材料有助于設(shè)計(jì)您的低噪聲放大器。它將減輕放大器限制（例如噪聲系數(shù)和增益）的熱量水平。總之，PCB選擇可以對(duì) LNA 設(shè)計(jì)的最終性能水平做出重大貢獻(xiàn)。

如果您將各種 PCB 材料特性視為低噪聲放大器的設(shè)計(jì)候選，那將會(huì)有所幫助。這些參數(shù)包括耗散因數(shù) (Df)、介電常數(shù)（DK 或 εr）、熱導(dǎo)率、Dk 的溫度系數(shù)和基板厚度公差。

例如，您應(yīng)該在整個(gè)材料中嚴(yán)格調(diào)節(jié) PCB 材料的 Dk，以實(shí)現(xiàn)剛性阻抗匹配。如果您經(jīng)常使用它來(lái)保持低放大器噪聲系數(shù)會(huì)有所幫助。此外，介電常數(shù) (Tc Dk) 溫度系數(shù)也會(huì)影響這些噪聲系數(shù)和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。

低噪聲放大器——根據(jù)高頻信號(hào)的要求設(shè)計(jì)您的 PCB

永遠(yuǎn)記住，您正在處理小噪聲放大器電路中的高頻信號(hào)。PCB 將在射頻范圍內(nèi)工作，因此您必須相應(yīng)地對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)。正如我們已經(jīng)討論過(guò)的，必須使用多層板來(lái)減少干擾。四層板的噪音比相同材料的雙面板小20分貝。然而，與此同時(shí)，也有人擔(dān)心生產(chǎn)會(huì)更加復(fù)雜。成本會(huì)更高，而且您需要專業(yè)知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì) PCB 布局。

低噪聲放大器電路中的射頻信號(hào)在接線時(shí)不得形成回路。如果你無(wú)法避免它，你可以確保它盡可能地小。您還應(yīng)該注意串?dāng)_，它會(huì)在靠近平行信號(hào)線的地方產(chǎn)生。由于附近電磁場(chǎng)的干擾，串?dāng)_是射頻信號(hào)中不受歡迎的噪聲信號(hào)。

有不同的方法可以避免串?dāng)_。您可以嘗試將一層中的平行線垂直和不同的層連接起來(lái)。此外，您應(yīng)該在低噪聲放大器設(shè)計(jì)中使用較少數(shù)量的過(guò)孔。它將提高速度并減少數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。最后，請(qǐng)保持引腳之間的電線較短。避免因射頻信號(hào)引線較長(zhǎng)而與元器件耦合。

實(shí)現(xiàn)低噪聲放大器的剛性阻抗匹配電路

如果您嘗試為低噪聲放大器獲得剛性阻抗匹配電路，這會(huì)有所幫助。它考慮了最佳噪聲性能、過(guò)濾并提供輸入和輸出穩(wěn)定性。電阻器、帶狀線、電容器和電感器等無(wú)源元件構(gòu)成匹配電路。

PCB 材料公差（例如銅厚度和導(dǎo)體寬度公差）會(huì)影響該電路。如果有任何與電路制造相關(guān)的問(wèn)題，它也會(huì)影響您的阻抗匹配電路。這些容差的大小取決于 LNA 系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)。

例如，銅厚容差對(duì)耦合結(jié)構(gòu)（如共面電路）的影響更為顯著。

另一方面，關(guān)注對(duì)基板的電路導(dǎo)體寬度和厚度的影響。對(duì)于導(dǎo)體寬度的增加，較薄的通道比較厚的通道顯示出更顯著的阻抗調(diào)整。

DK 容差是 PCB 的另一個(gè)參數(shù)，它可能會(huì)影響 LNA 設(shè)計(jì)中所需的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。

概括

因此，您可以遵循這些技巧來(lái)正確設(shè)計(jì)低噪聲放大器電路。您需要正確的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、PCB 材料、PCB 層、偏置電路、噪聲系數(shù)和增益。您可以根據(jù)射頻頻率信號(hào)要求設(shè)計(jì)低噪聲放大器 PCB，從而確保設(shè)計(jì)質(zhì)量。

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