低噪聲放大器的原理與芯片產(chǎn)品介紹

低噪聲放大器(Low Noise Amplifier, LNA)通常用于無(wú)線電子系統(tǒng)的接收機(jī)前端之中，如我們?cè)谥暗耐莆摹?.3萬(wàn)字詳解射頻微波芯片設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)》中，我們?cè)敿?xì)討論了射頻發(fā)射機(jī)、接收機(jī)的常見(jiàn)架構(gòu)，在接收機(jī)系統(tǒng)中，低噪聲放大器常常為處于天線之后的第一個(gè)元器件，其性能優(yōu)劣直接決定著接收機(jī)系統(tǒng)整體的噪聲系數(shù)、靈敏度指標(biāo)的好壞。

我們翻開(kāi)本土射頻IC領(lǐng)域的排頭兵企業(yè)的發(fā)展歷程，不難發(fā)現(xiàn)，低噪聲放大器成為了諸多RFIC/MMIC企業(yè)成功的奠基石，如某勝微，某為電子在射頻領(lǐng)域有著多款可以與國(guó)外大廠扳手腕的LNA產(chǎn)品，當(dāng)然最近科創(chuàng)板許多上市的射頻微波公司也有不少低噪放的芯片作為其核心產(chǎn)品。

言歸正傳，對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)人員而言，一款性能優(yōu)異、工作穩(wěn)定的低噪聲放大器芯片又該怎么去設(shè)計(jì)呢?當(dāng)拿到一個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)，面對(duì)設(shè)計(jì)流程和設(shè)計(jì)方法不熟悉的我們，是不是有種剪不斷理還亂的感覺(jué)：

頻前端芯片包括射頻開(kāi)關(guān)、射頻低噪聲放大器、射頻功率放大器、雙工器、射頻濾波器等芯片。射頻開(kāi)關(guān)用于實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)接收與發(fā)射的切換、不同頻段間的切換;射頻低噪聲放大器用于實(shí)現(xiàn)接收通道的射頻信號(hào)放大;射頻功率放大器用于實(shí)現(xiàn)發(fā)射通道的射頻信號(hào)放大;射頻濾波器用于保留特定頻段內(nèi)的信號(hào)，而將特定頻段外的信號(hào)濾除;雙工器用于將發(fā)射和接收信號(hào)的隔離，保證接收和發(fā)射在共用同一天線的情況下能正常

工作。

一、 射頻開(kāi)關(guān)市場(chǎng)介紹 ：

1. 射頻開(kāi)關(guān)：

射頻開(kāi)關(guān)的作用是將多路射頻信號(hào)中的任一路或幾路通過(guò)控制邏輯連通，以實(shí)現(xiàn)不同信號(hào)路徑的切換，包括接收與發(fā)射的切換、不同頻段間的切換等，以達(dá)到共用天線、節(jié)省終端產(chǎn)品成本的目的。射頻開(kāi)關(guān)的主要產(chǎn)品種類(lèi)有移動(dòng)通信傳導(dǎo)開(kāi)關(guān)、WiFi 開(kāi)關(guān)、天線開(kāi)關(guān)等，廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)等移動(dòng)智能終端。

射頻開(kāi)關(guān)的的工作原理如下圖所示：當(dāng)射頻開(kāi)關(guān)的控制端口加上不同電壓時(shí)，射頻開(kāi)關(guān)各端口將呈現(xiàn)不同的連通性。以單刀雙擲射頻開(kāi)關(guān)為例，當(dāng)控制端口加上正電壓時(shí)，連接端口 1 與端口 3 的電路導(dǎo)通，同時(shí)連接端口 2 與端口 3 的電路斷開(kāi);當(dāng)控制端口加上零電壓時(shí)，連接端口 1 與端口 3 的電路斷開(kāi)，同時(shí)連接端口 2 與端口 3 的電路導(dǎo)通。

2. 射頻開(kāi)關(guān)市場(chǎng)介紹

移動(dòng)智能終端中需要不斷增加射頻開(kāi)關(guān)的數(shù)量以滿足對(duì)不同頻段信號(hào)接收、發(fā)射的需求。與此同時(shí)，智能手機(jī)外殼現(xiàn)多采用手感、外觀更好的金屬外殼，一定程度上會(huì)造成對(duì)射頻信號(hào)的屏蔽，需要天線調(diào)諧開(kāi)關(guān)提高天線對(duì)不同頻段信號(hào)的接收能力。

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二. 射頻低噪聲放大器市場(chǎng)介紹：

1. 射頻低噪聲放大器介紹：

射頻低噪聲放大器的功能是把天線接收到的微弱射頻信號(hào)放大，盡量減少噪聲的引入，在移動(dòng)智能終端上實(shí)現(xiàn)信號(hào)更好、通話質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸率更高的效果。射頻低噪聲放大器產(chǎn)品，根據(jù)適用頻率的不同，分為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)射頻低噪聲放大器、移動(dòng)通信信號(hào)射頻低噪聲放大器、電視信號(hào)射頻低噪聲放大器、調(diào)頻信號(hào)射頻低噪聲放大器。上述四類(lèi)射頻低噪聲放大器產(chǎn)品均應(yīng)用于智能手機(jī)等移動(dòng)智能終端。

射頻低噪聲放大器的工作原理如下圖所示：輸入的射頻信號(hào)被輸入匹配網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為電壓，經(jīng)過(guò)放大器對(duì)電壓進(jìn)行放大，同時(shí)在放大過(guò)程中最大程度降低自身噪聲的引入，最后經(jīng)過(guò)輸出匹配網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為放大后功率信號(hào)輸出。

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2. 市場(chǎng)介紹 ：

隨著移動(dòng)通訊技術(shù)的變革，移動(dòng)智能終端對(duì)信號(hào)接收質(zhì)量提出更高要求，需要對(duì)天線接收的信號(hào)放大以進(jìn)行后續(xù)處理。一般的放大器在放大信號(hào)的同時(shí)會(huì)引入噪聲，而射頻低噪聲放大器能最大限度地抑制噪聲，因此得到廣泛的應(yīng)用。2017 年全球射頻低噪聲放大器收入為 13.41 億美元，而隨著 4G 逐漸普及，智能手機(jī)中天線和射頻通路的數(shù)量增多，對(duì)射頻低噪聲放大器的數(shù)量需求迅速增加。低噪聲放大器是噪聲系數(shù)很低的放大器。一般用作各類(lèi)無(wú)線電接收機(jī)的高頻或中頻前置放大器，以及高靈敏度電子探測(cè)設(shè)備的放大電路。在放大微弱信號(hào)的場(chǎng)合，放大器自身的噪聲對(duì)信號(hào)的干擾可能很?chē)?yán)重，因此希望減小這種噪聲，以提高輸出的信噪比。國(guó)創(chuàng)在此分享低噪聲放大器的工作原理!

由放大器所引起的信噪比惡化程度通常用噪聲系數(shù)F來(lái)表示。理想放大器的噪聲系數(shù)F=1(0分貝)，其物理意義是輸出信噪比等于輸入信噪比?，F(xiàn)代的低噪聲放大器大多采用晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管;微波低噪聲放大器則采用變?nèi)荻O管參量放大器，常溫參放的噪聲溫度Te可低于幾十度(絕對(duì)溫度)，致冷參量放大器可達(dá)20K以下，砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管低噪聲微波放大器的應(yīng)用已日益廣泛，其噪聲系數(shù)可低于2分貝。放大器的噪聲系數(shù)還與晶體管的工作狀態(tài)以及信源內(nèi)阻有關(guān)。在工作頻率和信源內(nèi)阻均給定的情況下，噪聲系數(shù)也和晶體管直流工作點(diǎn)有關(guān)。為了兼顧低噪聲和高增益的要求，常采用共發(fā)射極一共基極級(jí)聯(lián)的低噪聲放大電路。

低噪聲放大器的主要作用是放大天線從空中接收到的微弱信號(hào)，降低噪聲干擾，以供系統(tǒng)解調(diào)出所需的信息數(shù)據(jù)，所以低噪聲放大器的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)接收機(jī)來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。人們對(duì)各種無(wú)線通訊工具的要求也越來(lái)越高，功率輻射小、作用距離遠(yuǎn)、覆蓋范圍大已成為各運(yùn)營(yíng)商乃至無(wú)線通訊設(shè)備制造商的普遍追求，這就對(duì)系統(tǒng)的接收靈敏度提出了更高的要求。

低噪聲微波放大器(LNA)已廣泛應(yīng)用于微波通信、GPS接收機(jī)、遙感遙控、雷達(dá)、電子對(duì)抗、射電天文、大地測(cè)繪、電視及各種高精度的微波測(cè)量系統(tǒng)中，是必不可少的重要電路。