Die Hauptfunktion eines Design rauscharmer Verstärker ist die Verstärkung kleiner Leistungssignale. In einem elektronischen Mikrofon kann die Nachricht entweder Spannung oder Strom sein, variabel w.r.t. Zeit. Wie alle Verstärker ist auch der rauscharme Verstärker eine Zwei-Port-Schaltung. Es verbraucht elektrische Energie, um die Amplitude des Eingangssignals zu verbessern. Dies führt zu einem höheren proportionalen Ausgangssignal.
In diesem Artikel werden zehn praktische Überlegungen erläutert, die beim LNA-Design zu beachten sind.
Rauscharmes Verstärkerdesign – Eine rauscharme Zahl bietet eine bessere LNA-Leistung.
Rauscharme Verstärker sind wichtige Komponenten in mehreren Geräten. Einige von ihnen sind Funkkommunikation, medizinische Instrumente und elektronische Testgeräte.
Ein typischer rauscharmer Verstärker kann eine Leistungsverstärkung von 100 (+20 Dezibel) liefern. Gleichzeitig kann es das Signal-Rausch-Verhältnis um bis zu 3 dB (weniger als den Faktor zwei) reduzieren. Signale, die weit über dem Rauschpegel liegen, können intermodulationsverzerrungen verursachen.
Signalkettenkomponenten verschlechtern das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR), die Rauschzahl bezieht sich auf diese Verschlechterung. Es ist ein numerischer Wert, der die Leistung eines Verstärkers definiert. Niedrigere Rauschwerte bedeuten bessere Ergebnisse durch den rauscharmen Verstärker. In Dezibel ausgedrückt ist die Rauschzahl die gleiche wie der Rauschfaktor.
Rauscharmes Verstärkerdesign – Sie benötigen drei Parameter, um die Leistungsverstärkung des Verstärkers zu berechnen.
Ein besonderes Merkmal in der Verstärkerschaltung ist bedeutender als die Einheitsleistungsverstärkung. Einfach ausgedrückt ist die Verstärkung eines Verstärkers das Verhältnis seiner Ausgangsleistung zum Eingang. Low Noise Amplifier (LNA) reduziert das zusätzliche Rauschen – was ein Nebeneffekt der Verwendung von Lautsprechern ist. Um dies zu erreichen, müssen Entwickler einige Dinge in ihren PCB/ Schaltungsdesigns berücksichtigen. Einige von ihnen umfassen die Auswahl von rauscharmen Komponenten und die Anpassung der Impedanz.
Zur Berechnung der Leistungsverstärkung des Verstärkers benötigen Sie die Werte von 3 Parametern. Die Parameter sind:
1. Leistungsverstärkung des Wandlers
Es weist auf die Vorteile des Verstärkers hin, anstatt die Quelle zu verwenden, um die gleiche Last direkt anzutreiben. Oft ist ein rauscharmer Verstärker konjugiert auf die Ursache abgestimmt. Die Leistungsverstärkung des Wandlers entspricht dann der Betriebsleistungsverstärkung.
2. Betriebsleistungsgewinn
In einem Netzwerk mit zwei Ports wird die Leistung in die Last abgeführt. Das Verhältnis dieser Verlustleistung zur Eingangsleistung ist die Betriebsleistungsverstärkung.
3. Maximal verfügbare Leistung/Verstärkung (MAG)
PLM= Höchste verfügbare durchschnittliche Leistung bei Last(Ausgang).
PSM= Höchste Leistung steht an der Quelle zur Verfügung.
MAG ist das Verhältnis von PLM und PSM.
Der Wert dieser Parameter hängt von vielen Faktoren wie Last, Eingabe, Ausgabe und Quelle ab. Reflexionskoeffizient und S-Parameter werden ebenfalls benötigt, um die oben genannten Werte abzuleiten.
Hintergrund der Übertragungsleitung
Eine Übertragungsleitung ist ein leitendes Medium, das Signale über große Entfernungen überträgt. Verlust oder Verzerrung ist am geringsten (oft vernachlässigbar).
Berücksichtigen Sie die Lastimpedanz ZL und die Quellimpedanz ZS. Spannung (oder Leistung) ist die Summe der einfallenden und Reflexionswellen. Sie bewegen sich in entgegengesetzte Richtungen entlang der Übertragungscharakteristik-Impedanzleitung (Z0).
Wenn ZL nicht gleich Z0 ist, reflektiert die Last einen Teil der einfallenden Wellen in Richtung der Quelle. Der Prozess setzt sich als unbestimmte Schleife in verlustfreien Übertragungsleitungen fort.
Der Reflexionskoeffizient bei einer perfekten Impedanzübereinstimmung ist Null
Reflexionskoeffizient ist ein Verhältnis der einfallenden Welle und der reflektierten Welle. Die Betrachtung ist Null, wenn die Lastimpedanz gleich der charakteristischen Impedanz ist. Es ist eine komplexe Zahl mit einer Größe und einem Winkel in der polaren Form.
Wenn der Unterschied zwischen den beiden Impedanzen groß ist, können wir ein großes Maß an Reflexion erwarten. Die Reflexion ist proportional zum Reflexionskoeffizienten in einem rauscharmen Verstärker.
Die jeweiligen Reflexionskoeffizienten im HF-Netz
Quellenreflexionskoeffizient und Lastreflexionskoeffizient sind Begriffe, die in HF-Netzwerken verwendet werden. Sie sind die gleichen wie Quell- und Lastimpedanz für rauscharme Verstärker.
In Wellenflussdiagrammen können Sie Einfalls- und Reflexionswellen darstellen. Zeichnen Sie das Flussdiagramm mit linearen Beziehungen innerhalb der Netzwerkvariablen. Es sorgt für den schnellen Aufbau einer Übertragungsfunktion zwischen 2 Netzwerkpunkten.
Die Knoten im Flussdiagramm stellen verschiedene Variablen dar. Die unabhängigen Variablen sind über verschiedene Pfade mit den abhängigen Variablen miteinander in Verbindung zueinander. Ein Verstärkungswert hängt sich an die Pfadfunktion an, er ist relativ zum Reflexionskoeffizienten der betreffenden Variablen.
Sie können eine LNA nach ihren S-Parametern kategorisieren
S-Parameter oder Streuparameter sind in rauscharmen Verstärkerdesigns unerlässlich. Sie beschreiben lineare Netzwerkeigenschaften unter Einwirkung elektrischer Signale.
Passende Lasten sind berühmt für die Untersuchung von S-Parametern. Der Hauptgrund ist die einfache Handhabung für hohe Signalfrequenzen. Moderne Vektornetzwerkanalysatoren berechnen die Amplitude und Phase von Wellenphasoren.
Sie können die elektrischen Eigenschaften mehrerer Onboard-Komponenten mit S-Parametern ausdrücken. Zu den Komponenten können gehören:
1. Widerstände
2. Induktivitäten
3. Kondensatoren
Parameter können Merkmale wie Verstärkung, Rückflussdämpfung, VSWR, Reflexionskoeffizient oder Stabilität anzeigen. Ein Verständnis der Matrixalgebra ist unerlässlich, um S-Parameter zu verstehen. Die Parameter folgen diesen Algebragesetzen.
Verwenden Sie MAG als vorläufiges Screening-Kriterium für 2-Port-LNAs.
Das MAG zeigt den höchsten theoretischen Leistungsgewinn an, den Sie vom Gerät erhalten können. Die Quellen- und Impedanzlasten sind konjugiert. MAG ist eine wesentliche Eigenschaft für 2-Port-HF-Verstärker. Reverse Transfer Admittance Null. Die richtige Definition finden Sie oben.
In einem Netzwerk mit zwei Ports kann MAG die verfügbaren Verstärkungspegel eines rauscharmen Verstärkers anzeigen. Auf diese Weise können wir beurteilen, ob der LNA für die Aufgabe geeignet ist. Dies ist auch der Grund, warum das MAG das primäre Screening-Kriterium für HF-, LNA- und Mikrowellennetzwerke ist.
Mehr Wandlergewinn
Der gebräuchlichste Verstärkungsbegriff im HF-Verstärkerdesign ist die Wandlerverstärkung. Laut Definition das Verhältnis zwischen der Ausgangsleistung von der Quelle zur Last und der höchsten Quellleistung. Die Wandlerverstärkung umfasst einige Komponenten:
1. Wir können das Ergebnis des Impedanzabgleichs ein- und ausgeben.
2. Die Gesamtverstärkerverstärkung aufgrund des LNA.
Eine der Funktionen dieses Parameters ist die Reduktion der folgenden Schaltungsmatrix in eine 2×2. Diese Matrixreduktion hilft bei der Messung und Berechnung, Ohmschußverluste zwischen den Schaltungskomponenten treten während des gesamten Prozesses auf. Vernachlässigen Sie sie bei der Berechnung der Wandlerverstärkung.
Stabilität ist die wichtigste Überlegung
Die Stabilität oder Schwingungsbeständigkeit ist eine wesentliche Überlegung bei der LNA-Konstruktion. Einige Parameter sind nützlich, um die Stabilität von rauscharmen Verstärkern zu bestimmen. Dazu gehören die S-Parameter, passende Netzwerke und Anschlüsse.
Drei Phänomene sind für die Instabilität in einem Verstärker verantwortlich. Sie sind:
1. Transistor interne Rückmeldung.
2. Der Grund kann auf eine externe Schaltung, einen externen Transistoreingang zurückzuführen sein.
3. Unnötige Verstärkung außerhalb des notwendigen Frequenzbandes des Betriebs.
Es würde helfen, wenn Sie den Stabilitätsfaktor des Rolletts berechnen würden(
K
) unter Verwendung der angegebenen S-Parameter. Die Matrixdeterminante kann zusammen mit dem Stabilitätsfaktor die Stabilität bestimmen. Ein Verstärker ist nur dann stabil, wenn
K
größer als 1 ist. Außerdem darf der Determinantenwert eins nicht überschreiten.
Low Noise Amplifier Design – passenderer Impedanzwert
Das Smith-Diagramm ist notwendig, um passende Impedanznetzwerke zu entwerfen. Übertragungsleitungen ändern die Impedanzeigenschaften mit Mikrostreifenleitungen, diese Leitungen haben unterschiedliche charakteristische Impedanzen. Sie können auch den Wert eines beliebigen Widerstands transformieren.
Es gibt zwei Arten von übereinstimmenden Netzwerken:
1. Eingangs-Matching-Netzwerk: Diese sind nützlich, um den Lärmeinfluss zu reduzieren. Es passt den Transistoreingang an die Quelle an. Auf diese Weise können wir eine Rauschzahl so nah wie möglich an das geringste Rauschen heranrücken.
2. Ausgangs-Matching-Netzwerk: Dieses Netzwerk gleicht den Transistorausgang mit der Last ab. Somit bietet das System die höchste potenzielle Verstärkungsmaximierungsleistung.
Zusammenfassung
Wir hoffen, dass der obige Leitfaden nützlich war. Diese Überlegungen sind für das richtige Design eines rauscharmen Verstärkers notwendig.
Ein Eingangssignal mit einer geringeren Rauschzahl erhält eine bessere Verstärkung durch LNAs. Signale, die weit über dem Rauschboden liegen, werden intermodulationsverzerrend ausgesetzt. Wandlerleistungsverstärkung, Betriebsverstärkung, MAG sind notwendig, um die Verstärkerverstärkung zu finden. Die verbleibenden wichtigen sind S-Parameter, Stabilität und Reflexionskoeffizienten. Unterschiedliche Impedanzwerte können Wellenreflexionen verursachen. Der Reflexionskoeffizient ist 0, wenn die Impedanzen übereinstimmen.Experten schlagen vor, sich auf ein zuverlässiges Unternehmen für die Erstellung Ihrer benutzerdefinierten PCB-Designs zu konzentrieren. Unter Kontaktieren Sie uns für eine Schätzung Ihrer kundenspezifischen Design-Leiterplatten.
