Pasternack博客
低噪声放大器(LNA)的应用及影响因素
在整个信号链中,特别是在信号输入阶段,用于通信和传感的RF信号可能极为微弱。低噪声放大器(LNA)是提升这些微弱信号电平的最常见手段,同时尽量减少引入的信号劣化因素。在这些劣化因素中,附加噪声、相位噪声及失真通常是最令人关注的问题。然而,LNA有限的带宽也可能导致部分信号信息丢失。
RF系统的动态范围通常取决于信号输入端附近的LNA的性能。该输入端可以是信号发生器、天线/探针,也可能是一段有损传输线/波导路径。此外,LNA还可作为双向放大器使用。在多级放大的需求下,LNA的噪声系数和失真特性显得尤为重要。
LNA的性能与噪声系数、增益、带宽、线性度/失真、尺寸、复杂性、成本、坚固性及使用寿命之间存在权衡关系。虽然低噪声放大器可以制造出具有极低噪声系数和极高增益,但在带宽上受到显著限制。相反,带宽较大的LNA通常具备更优的噪声系数,但其增益则可能受限。在设计LNA时,需要明确应用场景及信号链性能因素的重要性。例如,为了确保所需的增益和宽频特性,需要采用多个增益级。然而,在某些情况下,更倾向于使用单个高增益低噪声放大器,以优化噪声系数,同时牺牲部分带宽,并维持适中的增益水平。
此外,还需考虑到LNA的便携性。较高增益、功率和性能的LNA通常比性能较低的LNA大,需要使用性能较差的LNA来保留一定功率余量。高频LNA也往往比低频LNA效率低,因为在较高频率下工作会导致更大的射频损耗。因此,可能需要使用在不同频率范围和多路复用器/滤波器组上优化的多个LNA,以确保在满足系统级性能数据的同时充分考虑所需的频率范围。
就线性而言,1 dB压缩/1 dB压缩点(P1dB)、饱和输出功率(Psat)和输出三阶截距点(IP3)是最常见的品质因数(FOM)。对于暴露在恶劣环境条件下的应用,如海洋、航空航天、极端气候或太空,增益平坦度和增益随温度或其他环境因素的变化也很重要。