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常温参放的噪声温度Tθ可低于几十度(**温度),致冷参量放大器可达20K以下。砷化镓场效应晶体管低噪声微波放大器的应用已日益广泛,其噪声系数可低于2分贝。晶体管的自身噪声由下列四部分组成。闪烁噪声,其功率谱密度随频率f的降低而增加,因此也叫作1/f噪声或低频噪声。
频率很低时这种噪声较大,频率较高时(几百赫以上)这种噪声可以忽略。基较电阻rb'b的热噪声和。散粒噪声,这两种噪声的功率谱密度基本上与频率无关。分配噪声,其强度与f的平方成正比,当f**晶体管的截止频率时,这种噪声急剧增加。晶体管噪声系数F随频率变化的曲线。
对于低频,特别是**低频低噪声放大器,应选用1/f噪声小的晶体管;对于中、高频放大,则应尽量选用高的晶体管,使其工作频率范围位于噪声系数-频率曲线的平坦部分。场效应晶体管没有散粒噪声。在低频时主要是闪烁噪声,频率较高时主要是沟道电阻所产生的热噪声。
通常它的噪声比晶体管的小,可用于频率高得多的低噪声放大器。放大器的噪声系数还与晶体管的工作状态以及信源内阻有关。是考虑了自身噪声的放大器模型。us和Rs分别为信源电压和内阻,Rs的热噪声电压均方值等于4kTRs墹f,式中T为**温度,k为玻耳兹曼常数,墹f为放大器通带。
放大器自身噪声用噪声电压均方值和噪声电流均方值表示,它们是晶体管工作状态的函数,可以用适当方法来测量。这样,放大器的噪声系数F可写作放大管的直流工作点一旦确定,和亦随之确定,这样,噪声系数F将主要是信源内阻Rs的函数。Rs有一使F为非常小的非常佳值。在工作频率和信源内阻均给定的情况下。
噪声系数也和晶体管直流工作点有关。发射较电流IE有一使噪声系数非常小的非常佳值,典型的F-IE曲线如图所示。晶体管放大器的噪声系数基本上与电路组态无关。但共发射较放大器具有适中的输入电阻,F为非常小时的非常佳信源电阻Rs和此输入电阻比较接近,输入电路大体上处于匹配状态,增益较大。
共基较放大器的输入电阻小,共集电极放大器的输入阻抗高,两者均不易同时满足噪声系数小和放大器增益高的条件,所以都不太适于作放大键前置级之用。为了兼顾低噪声和高增益的要求,常采用共发射较-共基较级联的低噪声放大电路。噪声放大器(LNA)主要面向移动通信基础设施基站应用。
例如收发器无线通信卡、塔**放大器(TMA)、组合器、中继器以及远端/数字无线宽带头端设备等应用设计,并为低噪声指数(NF, Noise Figure)立下了新标竿。目前无线通信基础设施产业正面临必须在拥挤的频谱内提供非常佳信号质量和覆盖度的挑战,接收器灵敏度是基站接收路径设计中非常关键的要求之一。
合适的LNA选择。特别是**级LNA可以大幅度改善基站接收器的灵敏度表现,低噪声指数也是关键的设计目标,Avago提供了1900MHz下0.48dB同级产品非常佳的噪声指数。 另一个关键设计为线性度,它影响了接收器分辨紧密接近信号和假信号分别的能力,三阶截点OIP3可以用来定义线性度。
在1900MHz和5V/51mA的典型工作条件下,Avago特有的GaAs增强模式pHEMT工艺技术可以带来0.48dB的噪声指数和35dBm的OIP3。在2500MHz和5V/56mA的典型工作条件下,噪声指数为0.59dB,OIP3则为35dBm。通过低噪声指数和高OIP3,这些Avago的新低噪声放大器可以提供基站接收器路径比现有放大器产品更大的设计空间。
可调整能力和共通引脚安排带来设计优化和灵活度内置有源偏压电路,Avago低噪声放大器的工作电流可以调整,使设计工程师可以在工作功耗和输出线性度间进行取舍。由于必须在发射和接收电路卡中加入更多的通信频道,印刷电路板的空间也成为基站设计工程师所面临的另一项关键设计挑战。
Aago选用了小型4mm2的QFN封装来满足这个市场需求,这两款新低噪声放大器采用和Aago现有900MHz低噪声放大器MGA-633P8相同的封装尺寸、引脚安排和外部匹配电路,可以在不同频带工作的所有基站射频前端设计上使用共通的印刷电路板设计。现代的低噪声放大器大多选用晶体管、场效应晶体管。