优化噪声系数的低噪声放大器(lna)匹配技术

《优化噪声系数的低噪声放大器(lna)匹配技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、摘要：RF放大器是一个放大微弱信号、以便接收器进一步处理的有源网络。接收放大器位于整个系统的RF与IF电路之间，理想的放大器只增大所要求的信号幅度，不会增加任何失真和噪声。但放大器实际上会在理想信号中增加噪声和失真。在接收链路中，位于天线后面的第一级放大器贡献了大部分的系统噪声。在噪声网络之前增加增益，有助于降低该网络的噪声输出。放大器噪声系数为了分析电路噪声的影响，必须建立一个噪声电路模型—无噪声的电路加上外部噪声源。对于一个带有内部噪声源的双端口网络(图1a)，这些噪声源的作用可以通过分别串联在输入输出端的外部噪声电压源Vn1和Vn2来表示(图1b)。如同内部噪声，这些噪声源在电

2、路端产生相同的噪声电压。Vn1和Vn2分别由方程1和2计算，通过其Z参数，表述图1b中噪声分离的双端口网络：和：方程1和2表明，Vn1和Vn2大小取决于噪声双端口网络的开路测量值。当输入和输出端开路时(I1=I2=0)，它们遵循这些方程(方程3和4)：和：换言之，Vn1和Vn2等于对应的开路电压。图1.一个噪声双端口网络(a)可以模型化为一个无噪声双端口网络(b)加外部电压噪声源Vn1和Vn2。另一种表示噪声双端口网络的模型如图2所示，外部噪声源是电流噪声In1和In2。方程5和6表述噪声分离的双端口网络：和：图2中，In1和In2大小取决于噪声双端口网络的短路测量值，如方程7和8所

3、示：图2.一个噪声双端口网络也可以表示为一个无噪声双端口网络加外部电流噪声源In1和In2。和：除了图1b和2所示这些方法外，其它表示方法都可以从一个噪声双端口网络推导出来。一个便于噪声分析的表示方法是将噪声源放在网络输入端(图3)。图3.同样，一个噪声双端口网络还可以表示为一个无噪声双端口网络加输入端上的外部噪声源Vn和In。由ABCD参数表述图3中噪声分离的双端口网络，如方程9和10所示：和：方程9和10表明，不可能采用开路和短路测量方式简单地评估图3中的Vn和In。从实用的角度出发，Vn和In能够以图1b中的噪声电压Vn1和Vn2表示(仅需要开路测量)。图3中的噪声源Vn和In

4、与图1b中的噪声源Vn1和Vn2之间的关系推导如下。采用Z参数表述图3中噪声分离的双端口网络：和：将方程1和2与方程11和12相比较，得出：和：由此，求解方程13和14，得出Vn和In：和：另一种计算Vn和In大小的方法是利用图2中的噪声源In1和In2。可以很容易地列出本例中的关系式：和：连接在噪声双端口网络(图4)的信号源采用电流源加导纳Ys表示。假设来自信号源的噪声与来自双端口网络的噪声不相关。这样，噪声功率正比于噪声分离放大器输入端的短路电流的均方值(表示为/ISC²)；单独来自信号源的噪声功率正比于信号源电流的均方值(/IS²)。由此，噪声系数F由下式决定：图4.本噪声模型

5、用来计算放大器的噪声系数。由于Isc=-Is+In+VnYs，根据方程20可得出Isc均方值：由于信号源噪声和双端口网络噪声是不相关的：则方程20简化为：将方程20代入方程19，得出：由于外部源Vn和In之间存在一些关联性，所以In可以表示为两项之和：一个与Vn无关(Inu)，另一个与Vn相关(Inc)。即：更进一步，通过相关导纳Yc可以定义Inc和Vn之间的关系如下：Yc不是电路中一个真正的导纳，它由方程25定义，计算如下所示。从方程24可知：方程26乘以Vn*，取平均值，且注意到：将方程26代入方程23，得出F的下列表达式：信号源产生的噪声与信号源电导关系如下：这里，Gs=Re[

6、Ys]。噪声电压可以采用等效噪声电阻Rn来表示：而不相关的噪声电流可以采用等效噪声电导Gu来表示：将方程29、30和31代入方程28，并且设：和：得出：.通过正确选择Ys，能够尽可能地减小噪声系数。从方程34可知，为了减小F可以选择：因此，从方程34得出：方程34中的表达式对于Gs的依赖，能够通过以下条件尽可能地减小：由此得出：解出Gs：方程39和35中Gs和Bs的大小决定源导纳，此时产生最小(优化)的噪声系数。源导纳的最优值通常表示为Yopt=Gopt+jBopt，即：从方程36可得，最小噪声系数Fmin等于：从方程39解出Gu/Gopt，并将其代入方程41，得出：利用方程42，方

7、程34可以表示为：从方程39解出Gu，并代入方程43，F表达式可以简化为：方程44表明，F依赖于Yopt=Gopt+jBopt和Fmin。当这些数值指定后，噪声系数F的大小将由源导纳Ys决定。该方程也可以表示为：这里，m=Rn/Z0是归一化噪声电阻，ys=YsZ0是归一化源导纳：yopt是最优源导纳的归一化值：导纳ys和yopt可以采用反射系数来表示：将ys和yopt以反射系数表示，有助于采用公式表达噪声系数(公式45)为这些参数的函数。该公式更便于LNA