RF通信中的LNA

什么是 LNA——首先是一个 “ 接收前置放大器 ”

在没有所要求信号的情况下其背景噪声极为微弱或听不见的放大器。

有极低内部噪声特性的接收前置放大器,它在接近接收机天线的地方捕获C/N,从而进一步降低接收系统的噪声。[1]

近二十年以来, 半导体工艺技术遵循摩尔定律迅猛发展, 推动和促进着半导体器件产品性能和水平不断发展。世界上各大半导体公司, 为了应对市场竞争, 纷纷更新和提升其设计和工艺技术, 高性能的模拟放大器产品层出不穷。针对迅猛发展的微波通讯市场, 各种功能复杂、性能优异的RF 放大器产品不断推出, 常规的中视频通用放大器在新工艺条件下也得到了迅猛提高。国内由于半导体工艺制作水平的限制, 导致模拟放大器产品水平长期落后于国外产品。其竞争劣势除了表现在技术参数以外, 还表现在质量可靠性、参数均匀性、供货周期、市场宣传、售后服务等诸多方面。因此, 导致国内模拟放大器产品主导市场(特别是在单片领域) 一直被国外大公司产品所占据。国内生产企业只能凭借部分专用、常规或国外停产型产品, 占有少量市场份额。根据工作频段和整机应用情况, 模拟放大器产品可以宏观地划分为两大领域: 一是以射频通讯电路为代表的高端微波产品, 二是新工艺条件下生产的中视频通用放大器产品。按照产品结构和功能使用情况, 模拟放大器包括低噪声宽带放大器(LNA )、运算放大器及比较器、中视频放大器、模拟乘法器等。

低噪声宽带放大器具有很低的噪声系数和很宽的频率范围,当信号较弱时,将探头的输出先经过低噪声放大器放大,再送到接收机。低噪声放大器的主要作用是放大天线从空中接收到的微弱信号,降低噪声干扰,以供系统解调出所需的信息数据,提高低噪声放大器的增益对降低整机的噪声系数非常有利,但低噪声放大器的增益过高会影响整个接收机器的线性度提出很高的要求。

低噪声宽带放大器—随着现代通讯工作频带的总体上移, 射频放大器将成为模拟放大器市场的主流。由系统天线馈入的无线信号, 在处理之前必须进行信号放大。低噪声放大器(LNA ) 就是其中非常重要的部件。从传统意义上讲,MM IC 低噪声放大器一直属于砷化镓或其它III-V 族产品范畴, 普通硅器件的工作频率往往难以逾越。但是, 随着光刻技术和器件工艺水平的不断提高, 近十年来, 硅工艺晶体管的特征频率已能够达到数十GHz 以上。特别是SiGe 工艺,由于材料生长工艺的逐渐成熟, 再加上它能与硅工艺兼容、易于集成的特点, 使得SiGe 材料的BiC-MO S/BiCMO S 工艺与GaAs工艺相比, 更有利于RF 系统芯片的集成。目前, 硅材料低噪声放大器的产品频带已能够达到微波领域, 而且在功耗、频率低端以及制作成本上更具有竞争优势。另外, 随着工艺水平的大幅提升, RF 低噪声放大器在采用双极晶体管制作的基础上, 还衍生了一种新形式, 即用MOSFET 制作低噪声放大器。以美国Sirenza 微波器件公司的产品为例。其LNA 产品包含10 余个产品系列, 各个产品系列采用不同的半导体工艺制作(SiGe、InGaP、GaA s、pHEM T 等工艺) 和不同的晶体管形式(BJT、HBT或FET ) , 但产品水平大致相当。国内从事硅工艺低噪声放大器开发的单位主要以中电科技集团公司第二十四研究所和航天771 所为主。产品带宽一般在500MHz 范围以内。近年来,二十四所采用台面SiGe HBT 工艺, 已研制出带宽810 GHz、GP 10 dB 的LNA 样品; 采用0135 LmSiGe BiCMOS 工艺, 开发出带宽116~ 118 GHz、GP20~ 30dB 的LNA 产品。

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