저잡음 증폭기 설계를 위한 10가지 실용적인 고려 사항

저잡음 증폭기 설계의 주요 기능은 작은 전력 신호를 증폭하는 것입니다. 전자 마이크에서 메시지는 전압 또는 전류, 가변 w.r.t일 수 있습니다. 시간. 모든 증폭기와 마찬가지로 저잡음 증폭기도 2포트 회로입니다. 입력 신호의 진폭을 향상시키기 위해 전력을 소비합니다. 그 결과 비례 출력 신호가 높아집니다.

이 문서에서는 LNA 설계에 대해 염두에 두어야 할 10가지 실용적인 고려 사항에 대해 설명합니다.

저잡음 증폭기 설계 – 저잡음 수치는 더 나은 LNA 성능을 제공합니다.

저잡음 증폭기는 여러 장치에서 중요한 구성 요소입니다. 그 중 일부는 무선 통신, 의료 기기 및 전자 테스트 기계입니다.

일반적인 저잡음 증폭기는 100(+20 데시벨)의 전력 이득을 제공할 수 있습니다. 동시에 신호 대 잡음비를 최대 3dB(2배 미만)까지 줄일 수 있습니다. 노이즈 플로어 레벨보다 훨씬 높은 신호는 상호변조 왜곡을 일으킬 수 있습니다.

신호 체인 구성요소는 신호 대 잡음비를 저하시킵니다.   (SNR), 잡음 지수는 이 저하를 나타냅니다. 증폭기의 성능을 정의하는 숫자 값입니다. 잡음 지수 값이 낮을수록 잡음이 낮은 증폭기에서 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다. 데시벨에서 잡음 지수는 잡음 계수와 동일합니다.

저잡음 증폭기 설계 – 증폭기 전력 이득을 계산하려면 세 가지 매개변수가 필요합니다.

증폭기 회로의 뚜렷한 특징은 단일 전력 이득보다 더 중요합니다. 간단히 말해서 증폭기의 이득은 입력에 대한 출력 전력의 비율입니다. 저잡음 증폭기(LNA)는 스피커 사용의 부작용인 여분의 잡음을 줄여줍니다. 이를 달성하기 위해 설계자는 PCB/회로 설계에서 몇 가지 요소를 고려해야 합니다. 그 중 일부는 저잡음 부품 선택 및 임피던스 매칭을 포함합니다.

증폭기 전력 이득을 계산하려면 3개의 매개변수 값이 필요합니다. 매개변수는 다음과 같습니다.

1. 변환기 전력 이득

소스를 사용하여 동일한 부하를 직접 구동하는 대신 증폭기의 이점을 나타냅니다. 종종 저잡음 증폭기가 원인에 켤레 일치됩니다. 변환기 전력 이득은 작동 전력 이득과 동일합니다.

2. 작동 전력 이득

2포트 네트워크에서 전력은 부하로 분산됩니다. 이 소산 전력 대 입력 전력의 비율이 작동 전력 이득입니다.

3. 최대 가용 전력/이득(MAG)

PLM=부하(출력)에서 사용 가능한 최대 평균 전력.

PSM=소스에서 가장 높은 전력을 사용할 수 있습니다.

MAG는 PLM과 PSM의 비율입니다.

이러한 매개변수의 값은 부하, 입력, 출력 및 소스와 같은 많은 요인에 따라 달라집니다. 반사 계수와 S-파라미터도 위의 값을 도출하는 데 필요합니다.

송전선 배경

전송 라인은 광대한 거리에 걸쳐 신호를 전달하는 전도 매체입니다. 손실 또는 왜곡이 가장 적습니다(종종 무시할 수 있음).

부하 임피던스 ZL과 소스 임피던스 ZS를 고려하십시오. 전압(또는 전력)은 입사파와 반사파의 합입니다. 전송 특성 임피던스 라인(Z0)을 따라 반대 방향으로 이동합니다.

ZL이 Z0과 같지 않으면 부하는 입사파의 일부를 소스 쪽으로 반사합니다. 이 프로세스는 무손실 전송 라인에서 무한 루프로 진행됩니다.

완벽한 임피던스 일치의 경우 반사 계수는 0입니다.

반사 계수는 입사파와 반사파의 비율입니다. 부하 임피던스가 특성 임피던스와 같을 때 고려 사항은 0입니다. 극좌표 형식의 크기와 각도가 있는 복소수입니다.

두 임피던스의 차이가 크면 반사도가 클 것으로 예상할 수 있습니다. 반사는 저잡음 증폭기의 반사 계수에 비례합니다.

RF 네트워크의 각 반사 계수

소스 반사 계수 및 부하 반사 계수는 RF 네트워크에서 사용되는 용어입니다. 저잡음 증폭기의 소스 및 부하 임피던스와 동일합니다. .

파동 그래프에서는 입사파와 반사파를 나타낼 수 있습니다. 네트워크 변수 내에서 선형 관계를 사용하여 흐름 그래프를 플로팅합니다. 그것은 2개의 네트워크 포인트 사이의 전송 기능의 빠른 구성을 보장합니다.

흐름 그래프의 노드는 서로 다른 변수를 나타냅니다. 독립 변수는 다른 경로를 통해 종속 변수와 연결됩니다. 게인 값은 경로 기능에 연결되며 관련 변수의 반사 계수에 상대적입니다.

S-매개변수로 LNA를 분류할 수 있습니다.

S-파라미터 또는 산란 파라미터는 저잡음 증폭기 설계에 필수적입니다. 전기 신호의 영향으로 선형 네트워크 특성을 설명합니다.

정합 하중은 S-파라미터를 연구하는 것으로 유명합니다. 주된 이유는 높은 신호 주파수에 대한 사용 용이성입니다. 최신 벡터 네트워크 분석기는 웨이브 페이저의 진폭과 위상을 계산합니다.

S-파라미터를 사용하여 여러 온보드 구성요소의 전기적 특성을 표현할 수 있습니다. 구성 요소는 다음을 포함할 수 있습니다:

1. 저항기

2. 인덕터

3. 커패시터

매개변수는 이득, 반사 손실, VSWR, 반사 계수 또는 안정성과 같은 기능을 표시할 수 있습니다. 행렬 대수학을 이해하는 것은 S-파라미터를 이해하는 데 필수적입니다. 매개변수는 이러한 대수 법칙을 따릅니다.

2포트 LNA에 대한 예비 심사 기준으로 MAG를 사용합니다.

MAG는 장치에서 얻을 수 있는 가장 높은 이론적 전력 이득을 나타냅니다. 소스 및 임피던스 부하는 켤레 일치됩니다. MAG는 2포트 RF 증폭기의 필수 속성입니다. 역전사 어드미턴스 제로. 올바른 정의는 위를 참조하십시오.

2포트 네트워크에서 MAG는 저잡음 증폭기의 사용 가능한 이득 레벨을 표시할 수 있습니다. 이러한 방식으로 LNA가 작업에 적합한지 여부를 평가할 수 있습니다. MAG가 RF, LNA 및 마이크로웨이브 네트워크에 대한 주요 선별 기준인 이유이기도 합니다.

더 많은 변환기 이득

RF 증폭기 설계에서 가장 일반적인 이득 용어는 변환기 이득입니다. 정의에 따라 소스에서 부하로의 출력 전력과 가장 높은 소스 전력 사이의 비율입니다. 변환기 이득에는 몇 가지 구성 요소가 포함됩니다.

1. 임피던스 매칭 결과를 입출력할 수 있습니다.

2. LNA로 인한 총 증폭기 이득.

이 매개변수의 기능 중 하나는 다음 회로 행렬을 2×2로 줄이는 것입니다. 이 매트릭스 감소는 측정 및 계산에 도움이 되며 회로 구성 요소 간의 저항 손실은 프로세스 전반에 걸쳐 발생합니다. 변환기 이득을 계산하는 동안 무시하십시오.

안정성이 최우선 고려사항

안정성 또는 진동에 대한 저항은 LNA 설계 시 필수적인 고려 사항입니다. 일부 매개변수는 저잡음 증폭기의 안정성을 결정하는 데 유용합니다. 여기에는 S-파라미터, 일치하는 네트워크 및 종료가 포함됩니다.

증폭기의 불안정성은 세 가지 현상으로 인해 발생합니다. 그들은:

1. 트랜지스터 내부 피드백.

2. 외부 회로, 외부 트랜지스터 입력이 원인일 수 있습니다.

3. 동작에 필요한 주파수 대역을 벗어난 불필요한 이득.

Rollett의 안정성 계수(K ) 주어진 S-파라미터를 사용합니다. 안정성 인자와 함께 행렬 결정자는 안정성을 결정할 수 있습니다. 증폭기는 K일 때만 안정적입니다. 는 1보다 큽니다. 또한 행렬식 값은 1을 초과해서는 안 됩니다.

저잡음 증폭기 설계 – 보다 적합한 임피던스 값

스미스 차트는 매칭 임피던스 네트워크를 설계하는 데 필요합니다. 전송 라인은 마이크로 스트립 라인을 사용하여 임피던스 속성을 변경하며 이러한 라인은 다양한 특성 임피던스를 갖습니다. 또한 모든 저항의 값을 변환할 수 있습니다.

일치하는 네트워크에는 두 가지 유형이 있습니다.

1. 입력 매칭 네트워크:노이즈 영향을 줄이는 데 유용합니다. 트랜지스터 입력을 소스에 일치시킵니다. 이런 식으로 노이즈 지수를 가능한 한 최소한의 노이즈에 가깝게 얻을 수 있습니다.

2. 출력 일치 네트워크:이 네트워크는 트랜지스터 출력을 부하와 일치시킵니다. 따라서 시스템은 가장 높은 잠재적 이득을 최대화하는 전력을 제공합니다.

요약

위의 가이드가 도움이 되었기를 바랍니다. 이러한 고려 사항은 저잡음 증폭기의 적절한 설계에 필요합니다.

잡음 지수가 낮은 입력 신호는 LNA를 통해 더 잘 증폭됩니다. 노이즈 플로어보다 훨씬 높은 신호는 상호 변조 왜곡에 직면하게 됩니다. 증폭기 이득을 찾기 위해서는 변환기 전력 이득, 동작 이득, MAG가 필요합니다. 나머지 중요한 것은 S-파라미터, 안정성 및 반사 계수입니다. 임피던스 값이 다르면 파동 반사가 발생할 수 있습니다. 임피던스가 일치할 때 반사 계수는 0입니다.

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