저잡음 증폭기 FR의 설계에 대해 알아야 할 7가지 팁

흥미진진한 새로운 RF 프런트엔드 고성능 무선 주파수(RF) 트랜시버의 설계는 최고의 설득력 있는 기술을 보장합니다. 일반적으로 트랜지스터 폭이나 전원 전압을 높이는 것만으로 개선하려고 하면 설계상의 문제가 발생합니다. 더 큰 크기의 PCB가 필요할 수 있으며 더 많은 전력 소비가 발생합니다. 이 기사에서는 저잡음 증폭기의 설계 구조에 대한 팁을 소개합니다. (LNA) RF 수신기/트랜시버용.

저전력으로 동작하여 최대의 성능을 내는 LNA PCB 생산을 도와드립니다.

저잡음 지수로 저잡음 증폭기 회로 설계

전력 및 전압 소비를 줄이기 위해 혁신적인 저잡음 증폭기 회로도를 생각해 낸다면 도움이 될 것입니다. 저잡음 증폭기는 잡음이 적은지 확인하면서 안테나의 신호 전력을 증폭합니다. 다음 단계의 노이즈를 극복하기에 충분한 이득을 제공합니다.

일반적으로 LNA 회로도에는 입력 및 출력 임피던스 매칭 블록과 그 사이에 증폭 블록이 있습니다. RF 프런트 엔드의 이득 제약 조건을 확인한 다음 그에 따라 잡음 지수를 최소화해야 합니다. 예를 들어 달성 가능한 최대 이득이 2.4GHz 무선 주파수에서 20dB라는 제약 조건이 있을 수 있습니다.

인덕터가 있는 선형 잡음 증폭기를 설계하는 것이 좋습니다. 그들은 반응성이 있으므로 PCB에 소음을 가하지 않습니다. LC 공진은 항상 LNA의 노이즈 성능과 이득을 향상시키는 사실입니다.

노이즈 피겨 계산 및 성능 메트릭 확보

그래서 우리는 PCB의 노이즈 지수를 낮게 유지하라고 말했습니다. 그러나 어떻게 그것이 낮은지 확인할 수 있습니까? 공식을 도출한 다음 분석을 수행해야 합니다. 일반적으로 잡음 지수를 얻고 LNA PCB 활동을 확인하기 위해 성능 메트릭을 얻습니다.

일반적으로 부하 임피던스와 트랜지스터의 유효 트랜스컨덕턴스를 포함하는 공식을 유도하여 모든 LNA 회로의 이득을 계산할 수 있습니다. 잡음 지수의 경우 다음 일반 공식을 사용하여 분석할 수 있습니다.

다층 저잡음 증폭기 PCB를 사용합니다.

저잡음 증폭기 PCB가 무선 주파수에서 작동한다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 따라서 4레이어 PCB 레이아웃을 설계하면 일정한 접지면이 유지됩니다. 또한 두 개의 기본 접지면 레이어 사이에 DC 전원 영역의 분산 RF 디커플링을 허용합니다.

저잡음 증폭기 회로도의 PCB 레이아웃에는 공통 RF 기준점이 필요합니다. 입력 또는 출력 포트의 모든 RF 신호에 대한 RF 접지점입니다. 공통점을 추가하면 모든 포인트가 동일한 잠재력을 갖게 됩니다.

4레이어 PCB 설계에서는 전원 플레인 1개, 접지 플레인 2개, 회로 트레이스 레이어 1개를 설정할 수 있습니다. 또한 구리 트레이스의 모양과 너비를 적절하게 설계하면 도움이 됩니다. 저잡음 증폭기 회로에서 분산 인덕턴스, 커패시턴스 및 저항을 감소시킵니다.

4층 PCB를 사용하면 관리 가능한 크기의 마이크로스트립 라인을 얻을 수도 있습니다. 마이크로스트립 라인은 RF 범위 PCB의 전도성이 높은 금속 러너입니다. PCB 제조업체에 연락하여 유전 상수, 구리 중량, 재료 데이터, 코어 두께 및 표준 레이어 스택과 같은 매개변수를 계산할 수 있습니다. 이 정보를 사용하여 마이크로스트립 라인을 필요한 임피던스 값과 손쉽게 일치시킬 수 있습니다. 마지막으로 경로 저항을 줄이기 위해 전체 바이어스 트레이스를 설계하면 도움이 됩니다.

저잡음 증폭기 PCB에서 표면 실장 장치 사용

표면 실장 기술은 전기 부품을 인쇄 회로 기판에 직접 실장하는 방법입니다. 표면 실장 장치를 사용하면 더 짧은 구리 트레이스와 더 작은 잡음 증폭기 PCB 크기를 얻을 수 있습니다. 그리고 RF 회로에서는 기생 저항과 커패시턴스를 감소시킵니다.

또한 표면 실장 구성 요소와 접지 간의 연결을 짧게 유지하면 도움이 됩니다. 임피던스를 낮추는 것입니다. 접지면에 2개 또는 3개의 병렬 비아를 설계하여 이를 수행할 수도 있습니다.

또 다른 중요한 점은 저잡음 증폭기 회로의 테스트 온도 범위를 정의하는 것입니다. 표면 실장 구성 요소는 이 온도 범위 내에서 작동할 수 있어야 합니다. 또한 바이어스 전압, 접지 및 전원 공급 장치 연결에 바나나 잭을 사용할 수 있습니다. RF 연결을 위해 저잡음 증폭기 PCB에서 SMA 커넥터를 사용할 수 있습니다. 크기가 작을 뿐만 아니라 넓은 주파수 범위와 높은 신뢰성을 제공합니다.

저잡음 증폭기 - 저잡음 증폭기 회로에 적합한 PCB 재료 선택

허용 가능한 PCB 재료는 저잡음 증폭기 설계에 도움이 될 수 있습니다. 잡음 지수 및 이득과 같은 증폭기 제약 조건의 열 수준을 완화합니다. 전체적으로 PCB 선택은 LNA 설계의 궁극적인 성능 수준에 상당한 기여를 할 수 있습니다.

저잡음 증폭기의 설계 후보로 다양한 PCB 재료 속성을 고려한다면 도움이 될 것입니다. 이러한 매개변수에는 손실 계수(Df), 유전 상수(DK 또는 εr), 열전도율, Dk의 온도 계수 및 기판 두께 허용 오차가 포함됩니다.

예를 들어, 견고한 임피던스 매칭을 달성하려면 재료 전체에 걸쳐 PCB 재료의 Dk를 엄격하게 조절해야 합니다. 낮은 증폭기 잡음 수치를 유지하는 것이 자주 있다면 도움이 될 것입니다. 또한 유전 상수(Tc Dk) 온도 계수는 이러한 잡음 수치와 임피던스 매칭 네트워크에도 영향을 미칩니다.

저잡음 증폭기 – 고주파 신호 요구 사항에 따라 PCB 설계

작은 잡음 증폭기 회로에서 고주파 신호를 처리한다는 것을 항상 기억하십시오. PCB는 무선 주파수 범위에서 작동하므로 그에 따라 설계해야 합니다. 이미 논의한 바와 같이 간섭을 줄이기 위해 다층 기판을 사용해야 합니다. 4층 기판의 노이즈는 동일한 재료의 이중 패널 기판보다 20dB 더 작습니다. 그러나 동시에 생산이 더 복잡해질 것이라는 우려도 있습니다. 비용이 더 많이 들고 PCB 레이아웃을 설계하려면 전문 지식이 필요합니다.

저잡음 증폭기 회로의 RF 신호는 배선하는 동안 루프가 발생하지 않아야 합니다. 피할 수 없다면 가능한 한 작게 유지할 수 있습니다. 또한 평행 신호선에 가까운 거리에서 발생할 수 있는 누화에 주의해야 합니다. Crosstalk는 RF 신호 중 주변 전자기장의 간섭으로 인해 원하지 않는 노이즈 신호입니다.

누화를 피하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 한 레이어의 평행선을 수직으로 연결하고 다른 레이어를 연결할 수 있습니다. 또한 저잡음 증폭기 설계에서는 더 적은 수의 비아를 사용해야 합니다. 속도를 높이고 데이터 오류를 줄입니다. 마지막으로 핀 사이의 전선을 짧게 유지하십시오. 더 긴 RF 신호 리드로 인한 구성 요소와의 결합을 방지하기 위한 것입니다.

저잡음 증폭기의 리지드 임피던스 매칭 회로 달성

저잡음 증폭기를 위한 견고한 임피던스 매칭 회로를 얻으려고 하면 도움이 될 것입니다. 최적의 노이즈 성능, 필터링을 고려하고 입력 및 출력 안정성을 제공합니다. 저항, 스트립 라인, 커패시터 및 인덕터와 같은 수동 요소가 매칭 회로를 구성합니다.

구리 두께 및 도체 폭 허용 오차와 같은 PCB 재료 허용 오차는 이 회로에 영향을 줍니다. 회로 제작과 관련된 문제가 있으면 임피던스 매칭 회로에도 영향을 미칩니다. 이러한 허용 오차의 크기는 LNA 시스템의 특정 설계에 따라 다릅니다.

예를 들어, 구리 두께 허용 오차는 동일 평면 회로와 같은 결합 구조에 더 큰 영향을 미칩니다.

한편, 기판의 회로 도체 폭과 두께에 대한 영향이 우려됩니다. 얇은 채널은 도체 폭의 증가를 위해 두꺼운 코스보다 임피던스 조정이 더 많이 나타납니다.

DK 허용 오차는 LNA 설계에 필요한 임피던스 매칭 네트워크에 영향을 줄 수 있는 PCB의 또 다른 매개변수입니다.

요약

따라서 저잡음 증폭기 회로를 올바르게 설계하기 위해 따를 수 있는 몇 가지 팁입니다. 올바른 임피던스 매칭 네트워크, PCB 재료, PCB 레이어, 바이어스 회로, 잡음 지수 및 이득이 필요합니다. RF 주파수 신호 요구 사항에 따라 저잡음 증폭기 PCB를 설계하여 고품질 설계를 보장할 수 있습니다.

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