一文详解低噪声放大器芯片

低噪声放大器， 噪声系数很低的放大器。一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，以及高灵敏度电子探测设备的放大电路。在放大微弱信号的场合，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此希望减小这种噪声，以提高输出的信噪比。

成都汉芯国科集成技术有限公司(chengdu chinesechip)是一家无线通信集成电路科技公司、在射频和微波集成电路及多芯片组件的设计、制造处于行业领先地位。

汉芯国科在中国多个区域建有标准产品线、制造和销售1000多个产品型号。包括业界最小尺寸的真对数放大器(5mmX5mm)、低噪声放大器(LNA、NF=0.20dB)、压控振荡器(VCO)、开关(SWITCH)、低插损滤波器(Low Loss filter)、电源控制(DC-control) ，高线性功率放大器(H-L PA)，上电时序控制电路(Power timing sequence control circuit)和子系统。

噪声系数很低的放大器。一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，以及高灵敏度电子探测设备的放大电路。在放大微弱信号的场合，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此希望减小这种噪声，以提高输出的信噪比。由放大器所引起的信噪比恶化程度通常用噪声系数F来表示。理想放大器的噪声系数 F=1(0分贝)，其物理意义是输入信噪比等于输出信噪比。现代的低噪声放大器大多采用晶体管、场效应晶体管;微波低噪声放大器则采用变容二极管参量放大器，常温 参放的噪声 温度Te可低于几十度(绝对温度)，致冷参量放大器可达20K以下，砷化镓场效应晶体管低噪声微波放大器的应用已日益广泛，其噪声系数可低于 2 分贝。放大器的噪声系数还与晶体管的工作状态以及信源内阻有关。为了兼顾低噪声和高增益的要求，常采用共发射极一共基极基联的低噪声放大电路。

低噪声放大器在放大微弱信号的场合，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此希望减小这种噪声，以提高输出的信噪比。由放大器所引起的信噪比恶化程度通常用噪声系数F(见放大)来表示或用取对数值的噪声系数FN表示FN=10lgF(dB)

低噪声放大器理想放大器的噪声系数F=1(0分贝),其物理意义是输出信噪比等于输入信噪比。设计良好的低噪声放大器的FN可达3分贝以下。在噪声系数很低的场合,通常也用噪声温度Te作为放大器噪声性能的量度：Te=T0(F-1)。式中T0为室温。在这里，它和噪声温度Te的单位都是开尔文(K)。

低噪声放大器多级放大器的噪声系数F主要取决于它的前置级。若F1，F2，…，Fn依次为各级放大器的噪声系数，则式中A1,…，An-1依次为各级放大器的功率增益。前置级的增益A1越大,则其后各级放大器对总噪声系数F的影响越小。

低噪声放大器单级放大器的噪声系数主要取决于所用的有源器件及其工作状态。现代的低噪声放大器大多采用晶体管、场效应晶体管;微波低噪声放大器则采用变容二极管参量放大器，常温参放的噪声温度Tθ可低于几十度(绝对温度)，致冷参量放大器可达20K以下。砷化镓场效应晶体管低噪声微波放大器的应用已日益广泛，其噪声系数可低于2分贝。

低噪声放大器晶体管的自身噪声由下列四部分组成。①闪烁噪声，其功率谱密度随频率f的降低而增加，因此也叫作1/f噪声或低频噪声。频率很低时这种噪声较大，频率较高时(几百赫以上)这种噪声可以忽略。②基极电阻rb'b的热噪声和。③散粒噪声，这两种噪声的功率谱密度基本上与频率无关。④分配噪声，其强度与f的平方成正比，当f高于晶体管的截止频率时,这种噪声急剧增加。图1是晶体管噪声系数F随频率变化的曲线。对于低频，特别是超低频低噪声放大器,应选用1/f噪声小的晶体管;对于中、高频放大，则应尽量选用高的晶体管，使其工作频率范围位于噪声系数-频率曲线的平坦部分。场效应晶体管没有散粒噪声。在低频时主要是闪烁噪声，频率较高时主要是沟道电阻所产生的热噪声。通常它的噪声比晶体管的小，可用于频率高得多的低噪声放大器。

低噪声放大器放大器的噪声系数还与晶体管的工作状态以及信源内阻有关。图2是考虑了自身噪声的放大器模型。us和Rs分别为信源电压和内阻,Rs的热噪声电压均方值等于4kTRs墹f，式中T为绝对温度，k为玻耳兹曼常数，墹f为放大器通带。放大器自身噪声用噪声电压均方值和噪声电流均方值表示，它们是晶体管工作状态的函数，可以用适当方法来测量。这样，放大器的噪声系数F可写作放大管的直流工作点一旦确定,和亦随之确定，这样，噪声系数F将主要是信源内阻Rs的函数。Rs有一使F为最小的最佳值(图3)。在工作频率和信源内阻均给定的情况下，噪声系数也和晶体管直流工作点有关。发射极电流IE有一使噪声系数最小的最佳值,典型的F-IE曲线如图4所示。

低噪声放大器晶体管放大器的噪声系数基本上与电路组态无关。但共发射极放大器具有适中的输入电阻，F为最小时的最佳信源电阻Rs和此输入电阻比较接近，输入电路大体上处于匹配状态，增益较大。共基极放大器的输入电阻小，共集电极放大器的输入阻抗高，两者均不易同时满足噪声系数小和放大器增益高的条件，所以都不太适于作放大键前置级之用。为了兼顾低噪声和高增益的要求，常采用共发射极-共基极级联的低噪声放大电路。

审核编辑：汤梓红