射频调制第五章低噪放4–3〔例子〕.ppt

* 5.3 低噪声放大器设计 采用晶体管的等效电路模型设计、分析低噪声放大器 电路组成：晶体管、偏置、输入匹配和负载四大部分 典型电路 Q 晶体管 Q 偏置电阻 、 、 输入匹配网络 负载：选频回路 交流旁路电容 、 负载电阻 晶体管、负载部分接入 分析电路步骤 （2）画出放大器的交流通路图 （3）代入晶体管的小信号等效电路及参数， 计算放大器的各项指标 （1）分析直流偏置，决定直流工作点，得出对应工作点的参数 画交流通路图的原则： ① 直流电源是交流地 ② 大电容（交流旁路电容）短路 ③ 大电感（扼流圈)开路 ④ 仅做偏置用的直流电阻可不画 Q 完整电路 ① 画交流图 电源是交流地 去掉偏置 大电容短路 ②代入晶体管 等效电路 设晶体管 为单向传输 计算增益（单向传输） ①对线圈部分接入 进行折合 电流源 和 接入系数 负载接入系数 回路谐振，低噪放工作频率为 设LC回路的空载Q为Q0 回路谐振阻抗 （其中 ） ② 选择回路电抗元件： ③ 回路谐振阻抗 ④ 输出电压 ⑤ 电压增益 低噪放回路带宽 其中( ) 增加稳定性——抵消极间电容 的影响 添加中和电容 注意反馈的极性 极间电容 的反馈通路 中和电容的反馈通路 例5.3.1 1GHZ CMOS 低噪声放大器 1. 电路结构： ①场效应管M1和 M2、共栅组态 ②接成双端输入双端输出差动放大器 ③输入端采用电感 和 组成匹配网络 ④输出端采用LC回路选频 电感 （ ）下级输入电容CO ⑥ M3 交流短路（作用见后分析） CO CO ⑤偏置为 （偏置电路省略）， 电感 和 同时提供了各管子直流通路 电路分析 画交流通路图(以M1为例） 共栅、 栅源电容 漏极电容 （包括栅漏电容 ） 杂散及分布电容 CP 杂散电容 （包括下级混频器的输入电容） （1）输入匹配网络 外接电感线圈 L1 栅源电容 杂散及分布电容 CP 并联回路 谐振频率＝工作频率1GHz 回路谐振阻抗 共栅极输入阻抗为 调节匹配方法： 调节 M1和M2 的偏置电压VG —— 改变 M1 M2 的跨导 gm ， 使 = ，完成与源阻抗匹配 。 （2）输出回路 电感线圈L3 漏极电容 杂散电容 （包括下级输入电容） 并联谐振回路， 谐振于工作频率。 已知管子电容 和 ，得： 代入MOS管共栅等效电路 2. 性能指标 (1) 增益 增益 管子跨导 负载 回路谐振阻抗 设线圈L3 的串联损耗电阻是 r 单管增益： 比值 取决于电感的制作方式 外接电感 芯片内集成电感 放大器总增益 总输出 总输入 差分放大器总增益与单管相同 （2） 带宽 ① 当两个回路Q值相同时 电路特点： 输入 输出 并联回路 选频 阻抗变换 带宽？——由两个回路共同决定 设每个回路带宽为BW1 称 为缩减因子。 ② 当两回路 Q相差很大时 带宽取决于 高Q回路——输出回路Q值高 （3）放大器噪声 放大器噪声源 所以等效输入噪声源 放大器噪声系数 F = 1+ 电路变形，将噪声源分裂成两个 输出端 折合到输入端： （4）线性 差动输入方式—— 输入信号动态范围大于单管 差动输出方式—— 输出电流是M1和M2的输出电流之差 抵消非线性失真的偶次谐波 扩大了线性范围 共栅组态——Cgd 没有反馈 Cgd 包含在Cd 中 （6）输出电平调节 目的：与后级直流一致 M3工作在可变电阻区 调节M3 的栅极偏压VC 改变了M3等效电阻 改变了输出直流电平 （5）隔离——增强稳定性 不稳定原因——极间电容Cgd 例5.3.2 1.9 GHz CMOS 低噪声放大器 电路特点 ⑤负载用 与下级输入电容组成并联回路 ⑥有源偏置 ① 对称双端输入 双端输出差分形式 ②共源共栅级连电路 ③输入回路串联电感 ④源极电感负反馈 *