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《優(yōu)化噪聲系數(shù)的低噪聲放大器(lna)匹配技術》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、摘要：RF放大器是一個放大微弱信號、以便接收器進一步處理的有源網(wǎng)絡。接收放大器位于整個系統(tǒng)的RF與IF電路之間，理想的放大器只增大所要求的信號幅度，不會增加任何失真和噪聲。但放大器實際上會在理想信號中增加噪聲和失真。在接收鏈路中，位于天線后面的第一級放大器貢獻了大部分的系統(tǒng)噪聲。在噪聲網(wǎng)絡之前增加增益，有助于降低該網(wǎng)絡的噪聲輸出。放大器噪聲系數(shù)為了分析電路噪聲的影響，必須建立一個噪聲電路模型—無噪聲的電路加上外部噪聲源。對于一個帶有內(nèi)部噪聲源的雙端口網(wǎng)絡(圖1a)，這些噪聲源的作用可以通過分別串聯(lián)在輸入輸出端的外部噪聲電壓源Vn1和Vn2來表示(圖1b)。如同內(nèi)部噪聲，這些噪聲源在電
2、路端產(chǎn)生相同的噪聲電壓。Vn1和Vn2分別由方程1和2計算，通過其Z參數(shù)，表述圖1b中噪聲分離的雙端口網(wǎng)絡：和：方程1和2表明，Vn1和Vn2大小取決于噪聲雙端口網(wǎng)絡的開路測量值。當輸入和輸出端開路時(I1=I2=0)，它們遵循這些方程(方程3和4)：和：換言之，Vn1和Vn2等于對應的開路電壓。圖1.一個噪聲雙端口網(wǎng)絡(a)可以模型化為一個無噪聲雙端口網(wǎng)絡(b)加外部電壓噪聲源Vn1和Vn2。另一種表示噪聲雙端口網(wǎng)絡的模型如圖2所示，外部噪聲源是電流噪聲In1和In2。方程5和6表述噪聲分離的雙端口網(wǎng)絡：和：圖2中，In1和In2大小取決于噪聲雙端口網(wǎng)絡的短路測量值，如方程7和8所
3、示：圖2.一個噪聲雙端口網(wǎng)絡也可以表示為一個無噪聲雙端口網(wǎng)絡加外部電流噪聲源In1和In2。和：除了圖1b和2所示這些方法外，其它表示方法都可以從一個噪聲雙端口網(wǎng)絡推導出來。一個便于噪聲分析的表示方法是將噪聲源放在網(wǎng)絡輸入端(圖3)。圖3.同樣，一個噪聲雙端口網(wǎng)絡還可以表示為一個無噪聲雙端口網(wǎng)絡加輸入端上的外部噪聲源Vn和In。由ABCD參數(shù)表述圖3中噪聲分離的雙端口網(wǎng)絡，如方程9和10所示：和：方程9和10表明，不可能采用開路和短路測量方式簡單地評估圖3中的Vn和In。從實用的角度出發(fā)，Vn和In能夠以圖1b中的噪聲電壓Vn1和Vn2表示(僅需要開路測量)。圖3中的噪聲源Vn和In
4、與圖1b中的噪聲源Vn1和Vn2之間的關系推導如下。采用Z參數(shù)表述圖3中噪聲分離的雙端口網(wǎng)絡：和：將方程1和2與方程11和12相比較，得出：和：由此，求解方程13和14，得出Vn和In：和：另一種計算Vn和In大小的方法是利用圖2中的噪聲源In1和In2?？梢院苋菀椎亓谐霰纠械年P系式：和：連接在噪聲雙端口網(wǎng)絡(圖4)的信號源采用電流源加導納Ys表示。假設來自信號源的噪聲與來自雙端口網(wǎng)絡的噪聲不相關。這樣，噪聲功率正比于噪聲分離放大器輸入端的短路電流的均方值(表示為/ISC2)；單獨來自信號源的噪聲功率正比于信號源電流的均方值(/IS2)。由此，噪聲系數(shù)F由下式?jīng)Q定：圖4.本噪聲模型
5、用來計算放大器的噪聲系數(shù)。由于Isc=-Is+In+VnYs，根據(jù)方程20可得出Isc均方值：由于信號源噪聲和雙端口網(wǎng)絡噪聲是不相關的：則方程20簡化為：將方程20代入方程19，得出：由于外部源Vn和In之間存在一些關聯(lián)性，所以In可以表示為兩項之和：一個與Vn無關(Inu)，另一個與Vn相關(Inc)。即：更進一步，通過相關導納Yc可以定義Inc和Vn之間的關系如下：Yc不是電路中一個真正的導納，它由方程25定義，計算如下所示。從方程24可知：方程26乘以Vn*，取平均值，且注意到：將方程26代入方程23，得出F的下列表達式：信號源產(chǎn)生的噪聲與信號源電導關系如下：這里，Gs=Re[
6、Ys]。噪聲電壓可以采用等效噪聲電阻Rn來表示：而不相關的噪聲電流可以采用等效噪聲電導Gu來表示：將方程29、30和31代入方程28，并且設：和：得出：.通過正確選擇Ys，能夠盡可能地減小噪聲系數(shù)。從方程34可知，為了減小F可以選擇：因此，從方程34得出：方程34中的表達式對于Gs的依賴，能夠通過以下條件盡可能地減?。河纱说贸觯航獬鯣s：方程39和35中Gs和Bs的大小決定源導納，此時產(chǎn)生最小(優(yōu)化)的噪聲系數(shù)。源導納的最優(yōu)值通常表示為Yopt=Gopt+jBopt，即：從方程36可得，最小噪聲系數(shù)Fmin等于：從方程39解出Gu/Gopt，并將其代入方程41，得出：利用方程42，方
7、程34可以表示為：從方程39解出Gu，并代入方程43，F(xiàn)表達式可以簡化為：方程44表明，F(xiàn)依賴于Yopt=Gopt+jBopt和Fmin。當這些數(shù)值指定后，噪聲系數(shù)F的大小將由源導納Ys決定。該方程也可以表示為：這里，m=Rn/Z0是歸一化噪聲電阻，ys=YsZ0是歸一化源導納：yopt是最優(yōu)源導納的歸一化值：導納ys和yopt可以采用反射系數(shù)來表示：將ys和yopt以反射系數(shù)表示，有助于采用公式表達噪聲系數(shù)(公式45)為這些參數(shù)的函數(shù)。該公式更便于LNA
