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关于低噪声放大器FR设计你需要知道的7个技巧

  • 发表时间:2021-11-15 09:13:30
  • 来源:本站
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高性能射频 (RF) 收发器令人兴奋的全新 RF 前端设计确保了最佳的说服技术。一般来说,如果只打算通过增加晶体管宽度或电源电压来改进它,就会产生设计问题。您可能需要更大尺寸的 PCB,并且会有更多的功耗。在本文中,我们将介绍 用于 RF 接收器/收发器低噪声放大器(LNA)设计结构的技巧

我们将帮助您生产 LNA PCB,通过在低功耗下运行来提供最大性能

设计具有低噪声系数的低噪声放大器电路

如果您想出创新的低噪声放大器原理图来降低其功耗和电压消耗,那将会有所帮助。低噪声放大器可放大天线的信号功率,同时确保噪声较小。它将提供足够的增益来克服下一级的噪声。

通常,LNA 原理图具有输入和输出阻抗匹配块,它们之间有一个放大块。您应该确保检查射频前端的增益限制,然后相应地最小化噪声系数。例如,可能存在一个限制,即在 2.4 GHz 射频下可实现的最大增益为 20 dB。

我们建议您设计带有电感器的线性噪声放大器。它们是反应性的,因此它们不会在您的 PCB 中产生任何噪音。事实上,LC 谐振总是会增强 LNA 的噪声性能和增益。

它显示了射频前端收发器中低噪声放大器的位置.jpg

计算噪声系数和增益性能指标

所以,我们刚刚告诉你保持 PCB 的低噪声系数。但是你怎么能确保它是低的呢?您需要推导出公式,然后进行分析。通常,您将获得噪声系数并获得性能指标以检查您的 LNA PCB 活动。

通常,您可以通过推导出包含负载阻抗和晶体管有效跨导的公式来计算任何 LNA 电路的增益。对于噪声系数,您可以使用以下通用公式进行分析:

12.png

使用多层低噪声放大器 PCB。

需要注意的是,低噪声放大器 PCB 将在射频下工作。因此,如果您将设计 4 层PCB 布局,它将保持恒定的接地平面。它将进一步允许两个主要接地层之间的直流电源区域的分布式射频去耦。

低噪声放大器电路原理图的 PCB 布局需要一个公共 RF 参考点。它是来自输入或输出端口的所有射频信号的射频接地点。通过添加一个共同点,您将确保所有点都处于相同的电位。

在 4 层 PCB 设计中,您可以设置一个电源平面、两个接地平面和一个电路走线层。此外,如果您充分设计了铜迹线的形状和宽度,这将有所帮助。它将降低低噪声放大器电路中的分布电感、电容和电阻。

它显示了一种可能的低噪声放大器多层 PCB.jpg

4 层 PCB 还可以让您获得可管理的微带线尺寸。微带线是射频范围 PCB 上的高导电金属流道。您可以联系PCB 制造商计算介电常数、铜重量、材料数据、核心厚度和标准层堆叠等参数。使用此信息,您可以毫不费力地将微带线与所需的阻抗值匹配。最后,如果您设计完整的偏置走线以降低路径电阻,这将有所帮助。

在低噪声放大器 PCB 中使用表面贴装器件

表面贴装技术是将电子元件直接安装在印刷电路板上的一种方式如果您使用表面贴装器件,您将获得更短的铜迹线和更小的噪声放大器 PCB 尺寸。而且,在射频电路中,它会降低寄生电阻和电容。

此外,如果您保持表面贴装组件和接地之间的连接短,它会有所帮助。这是为了降低阻抗。您也可以通过在接地平面上设计两个或三个平行过孔来实现。  

另一个关键点是定义低噪声放大器电路的测试温度范围。您的表面贴装元件必须能够在此温度范围内工作。此外,您可以使用香蕉插孔进行偏置电压、接地和电源连接。为了获得射频连接,您可以在低噪声放大器 PCB 中使用 SMA 连接器。除了体积小之外,它们还提供宽频率范围和高可靠性。

它显示了带有表面贴装器件的多层 PCB.jpg

低噪声放大器——为低噪声放大器电路选择合适的 PCB 材料

可接受的PCB 材料有助于设计您的低噪声放大器。它将减轻放大器限制(例如噪声系数和增益)的热量水平。总之,PCB选择可以对 LNA 设计的最终性能水平做出重大贡献。

如果您将各种 PCB 材料特性视为低噪声放大器的设计候选,那将会有所帮助。这些参数包括耗散因数 (Df)、介电常数(DK 或 εr)、热导率、Dk 的温度系数和基板厚度公差。

例如,您应该在整个材料中严格调节 PCB 材料的 Dk,以实现刚性阻抗匹配。如果您经常使用它来保持低放大器噪声系数会有所帮助。此外,介电常数 (Tc Dk) 温度系数也会影响这些噪声系数和阻抗匹配网络。

它显示了噪音,您可以通过为低噪音放大器使用正确的 PCB 材料来避免这些噪音.jpg

低噪声放大器——根据高频信号的要求设计您的 PCB

永远记住,您正在处理小噪声放大器电路中的高频信号。PCB 将在射频范围内工作,因此您必须相应地对其进行设计。正如我们已经讨论过的,必须使用多层板来减少干扰。四层板的噪音比相同材料的双面板小20分贝。然而,与此同时,也有人担心生产会更加复杂。成本会更高,而且您需要专业知识来设计 PCB 布局

低噪声放大器电路中的射频信号在接线时不得形成回路。如果你无法避免它,你可以确保它尽可能地小。您还应该注意串扰,它会在靠近平行信号线的地方产生。由于附近电磁场的干扰,串扰是射频信号中不受欢迎的噪声信号。

有不同的方法可以避免串扰。您可以尝试将一层中的平行线垂直和不同的层连接起来。此外,您应该在低噪声放大器设计中使用较少数量的过孔。它将提高速度并减少数据错误。最后,请保持引脚之间的电线较短。避免因射频信号引线较长而与元器件耦合。

它显示了适用于低噪声放大器的多层 PCB 布局.jpg

实现低噪声放大器的刚性阻抗匹配电路

如果您尝试为低噪声放大器获得刚性阻抗匹配电路,这会有所帮助。它考虑了最佳噪声性能、过滤并提供输入和输出稳定性。电阻器、带状线、电容器和电感器等无源元件构成匹配电路。

PCB 材料公差(例如铜厚度和导体宽度公差)会影响该电路。如果有任何与电路制造相关的问题,它也会影响您的阻抗匹配电路。这些容差的大小取决于 LNA 系统的具体设计。

例如,铜厚容差对耦合结构(如共面电路)的影响更为显着。

另一方面,关注对基板的电路导体宽度和厚度的影响。对于导体宽度的增加,较薄的通道比较厚的通道显示出更显着的阻抗调整。

DK 容差是 PCB 的另一个参数,它可能会影响 LNA 设计中所需的阻抗匹配网络。

它说明了射频混频器和 PCB.jpg

概括

因此,您可以遵循这些技巧来正确设计低噪声放大器电路。您需要正确的阻抗匹配网络、PCB 材料、PCB 层、偏置电路、噪声系数和增益。您可以根据射频频率信号要求设计低噪声放大器 PCB,从而确保设计质量。

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