4.2. 低噪聲微波器件的選擇
芯片或者晶體管(場效應管)的選擇,以下簡稱微波器件的選擇,往往對于低噪聲放大器的設計起著至關重要的影響。我們先來看一看在我們公司的設計中,通常選用什么微波器件。表4-1和表4-2給出了Atheros和Ralink常用的低噪聲放大器微波器件。
我們不難發現,這些器件的選擇沒有太多的共性,我們能看到有四種解決方案,第一種是采用微波三極管來實現,第二種是使用專用低噪聲放大器芯片,第三種是集成在前端模塊(Frontend Module)中,第四種就是不使用低噪聲放大器。我們在這里只討論采用晶體管和專用芯片的方法。
表4-1 Atheros常用的低噪聲放大器微波器件
表4-2 Ralink常用的低噪聲放大器微波器件
微波器件(晶體管或芯片)的參數,基本上就決定了低噪聲放大器的性能,我們來看一下最常用的SGA-8343的參數,如圖4-2所示。圖中給出的參數包括最大增益,噪聲系數,S21,工作頻率,供電電壓,消耗的電流等等。對于專用的低噪聲放大器芯片,參數也基本如此,在這里我們就不詳細說了。
圖4-2 SGA-8343的參數表
4.3. 輸入回路
和功率放大器一樣,低噪聲放大器的輸入回路中也會有匹配網絡,但是Atheros好像是不走尋常路,很少看到低噪放的輸入匹配網絡,而Ralink則不一樣,幾乎在每個設計中都中規中矩的使用Π型匹配網絡,如圖4-3所示,就是Ralink常用的Π型匹配網絡,我個人是比較推崇這種做法的。有了匹配網絡,我們可以最大限度的保證我們的設計是高性能的,也就是High-Performance。
圖4-3 Ralink常用的Π型匹配網絡
4.4. 輸出回路
和輸入回路一樣,輸出回路通常也會放置匹配網絡,同樣,Atheros一般還是不這樣做,他們最多會放置一個專有的印制帶通濾波器(Printed Band Pass Filter),Ralink的輸出回路上的Π型匹配網絡基本上會輸入回路上的一致,在這里不給出具體的形式了。
4.5. 電源與增益控制
增益控制的作用是很明顯的,當接收到的信號強度較低時,我們可以提高低噪聲放大器的增益,保證信號可以正常被接收;當接收信號的強度較高時,可以降低低噪聲放大器的增益,以免造成信號阻塞。這就是所謂的自動增益控制(Auto Gain Control,AGC)同樣,這對于提高產品的穩定性,是很重要的。
我為什么要把電源與增益控制放在同一節呢?因為低噪聲放大器的增益是依靠改變供電電壓來實現的,這樣就很容易理解了。學過模擬電路的都會知道,三極管放大電路的放大倍數和供電電壓有密切關系,對于芯片說也同樣如此。圖4-4給出了常見的增益控制的電路形式。圖中的LNA_GAIN既是來自無線收發器(Radio Transceiver)增益控制信號,又是低噪聲放大器的供電電源,C104是濾波電容,顯而易見,低噪聲放大器的增益直接與LNA_GAIN的電壓有關。
圖4-4 常見的增益控制的電路形式
4.6. 完整設計的低噪聲放大器
在這里,我要向大家展示的是一款設計十分細膩的低噪聲放大器,這也是我見過的設計最為優秀的低噪聲放大器,就是來自某實際案例中的2.4GHz頻段的放大器,讓我們來一同領略它的風采,如圖4-5所示。