什么是低噪聲放大器？低噪聲放大器TLA的應(yīng)用

低噪聲放大器，噪聲系數(shù)很低的放大器。一般用作各類無線電接收機(jī)的高頻或中頻前置放大器，以及高靈敏度電子探測(cè)設(shè)備的放大電路。在放大微弱信號(hào)的場(chǎng)合，放大器自身的噪聲對(duì)信號(hào)的干擾可能很嚴(yán)重，因此希望減小這種噪聲，以提高輸出的信噪比。

噪聲系數(shù)很低的放大器。一般用作各類無線電接收機(jī)的高頻或中頻前置放大器，以及高靈敏度電子探測(cè)設(shè)備的放大電路。在放大微弱信號(hào)的場(chǎng)合，放大器自身的噪聲對(duì)信號(hào)的干擾可能很嚴(yán)重，因此希望減小這種噪聲，以提高輸出的信噪比。由放大器所引起的信噪比惡化程度通常用噪聲系數(shù)F來表示。理想放大器的噪聲系數(shù) F=1（0分貝），其物理意義是輸入信噪比等于輸出信噪比?，F(xiàn)代的低噪聲放大器大多采用晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管；微波低噪聲放大器則采用變?nèi)荻O管參量放大器，常溫 參放的噪聲 溫度Te可低于幾十度(絕對(duì)溫度)，致冷參量放大器可達(dá)20K以下，砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管低噪聲微波放大器的應(yīng)用已日益廣泛，其噪聲系數(shù)可低于 2 分貝。放大器的噪聲系數(shù)還與晶體管的工作狀態(tài)以及信源內(nèi)阻有關(guān)。為了兼顧低噪聲和高增益的要求，常采用共發(fā)射極一共基極基聯(lián)的低噪聲放大電路。

在放大微弱信號(hào)的場(chǎng)合，放大器自身的噪聲對(duì)信號(hào)的干擾可能很嚴(yán)重，因此希望減小這種噪聲，以提高輸出的信噪比。由放大器所引起的信噪比惡化程度通常用噪聲系數(shù)F（見放大）來表示或用取對(duì)數(shù)值的噪聲系數(shù)FN表示FN=10lgF(dB)

理想放大器的噪聲系數(shù)F=1(0分貝),其物理意義是輸出信噪比等于輸入信噪比。設(shè)計(jì)良好的低噪聲放大器的FN可達(dá)3分貝以下。在噪聲系數(shù)很低的場(chǎng)合,通常也用噪聲溫度Te作為放大器噪聲性能的量度：Te=T0(F-1)。式中T0為室溫。在這里，它和噪聲溫度Te的單位都是開爾文(K)。

多級(jí)放大器的噪聲系數(shù)F主要取決于它的前置級(jí)。若F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)n依次為各級(jí)放大器的噪聲系數(shù)，則式中A1,…，An-1依次為各級(jí)放大器的功率增益。前置級(jí)的增益A1越大,則其后各級(jí)放大器對(duì)總噪聲系數(shù)F的影響越小。

單級(jí)放大器的噪聲系數(shù)主要取決于所用的有源器件及其工作狀態(tài)?，F(xiàn)代的低噪聲放大器大多采用晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管；微波低噪聲放大器則采用變?nèi)荻O管參量放大器，常溫參放的噪聲溫度Tθ可低于幾十度（絕對(duì)溫度），致冷參量放大器可達(dá)20K以下。砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管低噪聲微波放大器的應(yīng)用已日益廣泛，其噪聲系數(shù)可低于2分貝。

晶體管的自身噪聲由下列四部分組成。

①閃爍噪聲，其功率譜密度隨頻率f的降低而增加，因此也叫作1/f噪聲或低頻噪聲。頻率很低時(shí)這種噪聲較大，頻率較高時(shí)（幾百赫以上）這種噪聲可以忽略。

②基極電阻rb'b的熱噪聲和。

③散粒噪聲，這兩種噪聲的功率譜密度基本上與頻率無關(guān)。

④分配噪聲，其強(qiáng)度與f的平方成正比，當(dāng)f高于晶體管的截止頻率時(shí),這種噪聲急劇增加。圖1是晶體管噪聲系數(shù)F隨頻率變化的曲線。對(duì)于低頻，特別是超低頻低噪聲放大器,應(yīng)選用1/f噪聲小的晶體管；對(duì)于中、高頻放大，則應(yīng)盡量選用高的晶體管，使其工作頻率范圍位于噪聲系數(shù)-頻率曲線的平坦部分。場(chǎng)效應(yīng)晶體管沒有散粒噪聲。在低頻時(shí)主要是閃爍噪聲，頻率較高時(shí)主要是溝道電阻所產(chǎn)生的熱噪聲。通常它的噪聲比晶體管的小，可用于頻率高得多的低噪聲放大器。

放大器的噪聲系數(shù)還與晶體管的工作狀態(tài)以及信源內(nèi)阻有關(guān)。圖2是考慮了自身噪聲的放大器模型。us和Rs分別為信源電壓和內(nèi)阻,Rs的熱噪聲電壓均方值等于4kTRs墹f，式中T為絕對(duì)溫度，k為玻耳茲曼常數(shù)，墹f為放大器通帶。放大器自身噪聲用噪聲電壓均方值和噪聲電流均方值表示，它們是晶體管工作狀態(tài)的函數(shù)，可以用適當(dāng)方法來測(cè)量。這樣，放大器的噪聲系數(shù)F可寫作放大管的直流工作點(diǎn)一旦確定,和亦隨之確定，這樣，噪聲系數(shù)F將主要是信源內(nèi)阻Rs的函數(shù)。Rs有一使F為最小的最佳值（圖3）。

在工作頻率和信源內(nèi)阻均給定的情況下，噪聲系數(shù)也和晶體管直流工作點(diǎn)有關(guān)。發(fā)射極電流IE有一使噪聲系數(shù)最小的最佳值。晶體管放大器的噪聲系數(shù)基本上與電路組態(tài)無關(guān)。但共發(fā)射極放大器具有適中的輸入電阻，F(xiàn)為最小時(shí)的最佳信源電阻Rs和此輸入電阻比較接近，輸入電路大體上處于匹配狀態(tài)，增益較大。共基極放大器的輸入電阻小，共集電極放大器的輸入阻抗高，兩者均不易同時(shí)滿足噪聲系數(shù)小和放大器增益高的條件，所以都不太適于作放大鍵前置級(jí)之用。為了兼顧低噪聲和高增益的要求，常采用共發(fā)射極-共基極級(jí)聯(lián)的低噪聲放大電路。

低噪聲放大器的應(yīng)用

天華中威科技低噪聲放大器(TLA)主要面向移動(dòng)通信基礎(chǔ)設(shè)施基站應(yīng)用，例如收發(fā)器無線通信卡、塔頂放大器(TMA)、組合器、中繼器以及遠(yuǎn)端/數(shù)字無線寬帶頭端設(shè)備等應(yīng)用設(shè)計(jì)，。目前無線通信基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)正面臨必須在擁擠的頻譜內(nèi)提供最佳信號(hào)質(zhì)量和覆蓋度的挑戰(zhàn)，接收器靈敏度是基站接收路徑設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的要求之一，合適的低噪聲放大器(TLA)選擇，特別是第一級(jí)低噪聲放大器(TLA)可以大幅度改善基站接收器的靈敏度表現(xiàn)，低噪聲指數(shù)也是關(guān)鍵的設(shè)計(jì)目標(biāo)，TLA提供了1900MHz下0.48dB同級(jí)產(chǎn)品最佳的噪聲指數(shù)?！×硪粋€(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)為線性度，它影響了接收器分辨緊密接近信號(hào)和假信號(hào)分別的能力，三階截點(diǎn)OIP3可以用來定義線性度，TLA在1900MHz和5V/51mA的典型工作條件下，特有的GaAs增強(qiáng)模式pHEMT工藝技術(shù)可以帶來0.48dB的噪聲指數(shù)和35dBm的OIP3，在2500MHz和5V/56mA的典型工作條件下，噪聲指數(shù)為0.59dB，OIP3則為35dBm。通過低噪聲指數(shù)和高OIP3，這些TLA的新低噪聲放大器可以提供基站接收器路徑比現(xiàn)有放大器產(chǎn)品更大的設(shè)計(jì)空間。