集成LNA电路
电压并联反馈
高电压增益 共射放大器 直流偏置 T2射极有源负载
射极跟随器
LNA的噪声匹配
双端口网络噪声匹配
(a)噪声源驱动一个含噪声的二端口网络 ( )等效噪声模型 (b)等效噪声模型
LNA的噪声匹配
两端口网络的等效输入噪声源
任何一个有噪的两端口网络的内部噪声都可以由 置于输入端口的两个噪声源来等效：一个是和信 号源串联的噪声电压U2n和一个并联的噪声电流源 I2n，而把该两端口网络看作一个无噪网络（其内 部的所有器件均是理想无噪的） 其中U2n是当输入端短路时，有噪网络的输出噪声 是当输入端短路时 有噪网络的输出噪声 功率等效到输入端的值 而I2n是当输入端开路时有噪网络的输出噪声功率 等效到输入端的值。
Req ( Rs rbb' ) // rb'e
Rs rbb' rb'e
rb'e ( Rs rbb' )
Rs rbb' rb'e
• 共射小信号放大电路的电压增益
Aus ( s ) U out ( s ) U s (s)
.

AI AI 1 s / p 1 sR eq C eq
2)场效应管共源－共栅电路
集成宽带低噪声放大器——组合LNA电路 集成宽带低噪声放大器 组合LNA电路
2)场效应管共源－共栅电路 ) 共源极和共栅极的级联叫作共源共栅结构(cascode) 采用共源共栅结构，可以大大减弱密勒效应 共源共栅极电路的跨导大于共源极电路的 跨导，因 跨导 因 而可以获得较高的电压增益； 输出电阻 输出 Rout = [1+(gm2 + gmb2)ro2]ro1 + ro2， 假设gm >> 1，Rout ≈ (gm2 + gmb2 b )r o o2ro o1， 即T2把T1的输 出阻抗提高至原来的(gm2 + gmb2)ro2倍 具有屏蔽特性
gm gm fm 2 (C gs C gd ) 2C gs
本章内容
LNA主要指标 晶体管高频小信号模型 高频小信号单回路选频放大器 集成宽带放大器 LNA的噪声匹配 LNA设计举例 本章要点
密勒效应
C
X
-A -A
Y Z2
X Cin
-A A
Y
Z1
利用密勒定理，可以将左边的电路转换成右边的电 路： Z1=[1/(CFs)]/(1+A)， 因此输入电容等于CF(1+A)
•输入端等效电容 输 端等效电容
Ceq C gs (1 g m RD )C gd C gs g m RD C gd (1 C gd C gs g m RD )C gs DC gs
• 主极点值为
1 p RS Ceq
1 1 H p RS Ceq Rs DCgs
G u | Y c Y s |2 R N F 1 Gs G u [( G c G s ) 2 ( B c B s ) 2 ] R N 1 Gs
当Bs = -Bc= Bopt时，对给定的 对 G s有
LNA的噪声匹配 噪声 ——双端口网络噪声匹配
Gu (Gc G s ) 2 RN F 1 Gs
LNA的噪声匹配 噪声 ——双端口网络噪声匹配
iN = ic + iu ic = YcuN
常数Yc称为相关导纳，它表示eN和iN之间的导纳， Yc = Gc + jBc，Gc为相关电导， 为相关电导 Bc为相关电纳。 噪声系数F：
F
i iu (Yc Ys )u N
2 s
2
is2
1
单管低噪声放大器 ——双极型三极管共射极高频小信号电路分析 极型 极管共射极高频 信号电路分析
分析步骤 分析步骤： 计算输入端总等效电容Ceq； 把该系统单向化近似，简化为含一个电容的一阶系统； 把该系统单向化近似 简化为含 个电容的 阶系统 计算主极点（输入极点）的值ωP 计算系统上限角频率 ωH 、共发放大器增益带宽积GBP 共发放大器增益带宽积GBP
gm gm fT 2 (Cb 'e Cb 'c ) 2Cb 'e
晶体管高频小信号模型 高 ——场效应管小信号等效模型
主要参数： 跨导gm、输出电阻 输出电阻rds、栅源极间和栅漏极间电容 栅源极间和栅漏极间电容 Cgs和Cgd、漏源极间电容Cds、最高工作频率fm
晶体管高频小信号模型 晶体管高频 信号模型 ——场效应管小信号等效模型
主要参数： rbb’ 由基极引线电阻和基区体电阻组成，其值约 为几十到几百欧 为几十到几百欧。
晶体管高频 信号模型 晶体管高频小信号模型 ——双极型晶体管共射小信号等效模型
gmUb b’e e表示双极型晶体管放大作用的等效电流源。 iC IE gm U BE Q rbe大倍数 定义为共射输出短路电流放大倍数β 下降为1时的频率
晶体管高频 信号模型 晶体管高频小信号模型 ——双极型晶体管共射小信号等效模型
主要参数 主要参数：
rb b’e e为发射结的结电阻，其值为：
UT rb 'e (1 ) re (1 ) I EQ
Cb’e 为发射结电容，包含势垒电容 CT 和扩散电容 CD 两部份，Cb’e = CT + CD Cb b’c c为集电结电容，它也包含势垒电容 CT 和扩散 电容 CD 两部份
单管低噪声放大器 ——双极型三极管共射极高频小信号电路分析
•输入端总等效电容为 Ceq [1 g m R •主极点值为 主极点值为 •中频区电压增益 中频区电压增益
AI
' RL
' L
Cb ' c Cb ' e
]Cb 'e DCb 'e
1 p Req Ceq
Ceq两端并联等效电阻
第六章 低噪声放大器
李芹
本章内容
LNA主要指标 晶体管高频小信号模型 高频小信号单回路选频放大器 集成宽带放大器 LNA的噪声匹配 LNA设计举例 本章要点
LNA主要指标
• 低噪声放大器在接收通道中的作用与位置
LNA主要指标
LNA的主要特点 要求LNA有较低的噪声系数。 要求LNA有一定的功率增益 有 。 要求LNA具有足够的线性范围。 要求LNA具有足够的线性范围 LNA的匹配问题
•上限角频率
Rs rbb ' rb ' e 1 H p ReqCeq ( Rs rbb ' )rb 'e DCb ' e
双极型三极管共射极高频小信号电路
由于Ceq大于Cb’c ，因此可以省略密勒输出电容 因此可以省略密勒输出电容 Cb’c ，系统可以单极点化。对于单极点系统， 上限角频率等于系统的极点频率。 上限角频率等于系统的极点频率 评价高性能放大器的另一个指标就是增益带宽 积，用GBP表示，定义为中频区电压增益与上 限频率的乘积的绝对值。 GBP=︱AvsI*fH︱=[ωT/(2πD)]*R’L/(Rs+rb’b) 1+gmR’L*Cb’c 1+ωT 密勒倍增因子 D=1+g b’ /Cb’e b’ =1+ R’LCb’c 特征频率ωT =gm/Cb’e=β/(rb’eCb’e)
本章内容
LNA主要指标 晶体管高频小信号模型 高频小信号单回路选频放大器 集成宽带放大器 LNA的噪声匹配 LNA设计举例 本章要点
晶体管高频小信号模型
双极型晶体管共射小信号等效模型
主要参数： 发射结的结电阻rb’e、发射结电容 Cb’e、集电结电容 Cb’c 基极电阻rbb’ 、 gmUb’e 、特征频率fT .
单管低噪声放大器 ——场效应管共源极高频小信号电路分析
共源电路 密勒近似简化电路 共源电路及密勒近似简化电路
分析步骤： • 计算输入端等效电容Ceq、一阶系统主极点（输入极 点）ωP、电路的电压增益为AUS
2.4 单管低噪声放大器 ——场效应管共源极高频小信号电路分析 场 应管共源 高频 号电路分
i | Yc Ys | u
2 u 2
2 N
is2
LNA的噪声匹配 ——双端口网络噪声匹配
RN u 4 kTB
2 n
Gu
2 iu
4kTB
2 is Gs 4kTB
， 式中， RN – 网络等效输入噪声电阻； Gu – 非相关分量iu电导； Gs – 噪声源电导； 由此，噪声因数可以只用阻抗和导纳项来表示，把 每个导纳Y分解成电导G和电纳B之和：
极点和结点的关系
Rs Cin M
-A -A1
R1 CN
N
-A -A2
R2 CP
P
Vout V t A1 A2 1 (s) Vin V 1 RS Cin s 1 R1C N s 1 R2C P s
这个电路有三个极点，每个极点值的确定都是由相应一个结 点到地“看到的”总电容乘以从这个结点到地“看到的”的 总电阻。因此这个电路中的每一个结点对传输函数贡献一个 极点。 极点
为得到最小的 值 令 为得到最小的F值，
F G s
• 上限角频率ωH为 • 电压增益
Aus ( s)
U out ( s) AI AI g m RD U s ( s ) 1 s / p 1 sRS Ceq 1 sRS DCgs
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LNA主要指标 晶体管高频小信号模型 高频小信号单回路选频放大器 集成宽带放大器 LNA的噪声匹配 LNA设计举例 本章要点
跨导gm
gm
C oxW