一、LNA的概念及作用

LNA是低噪聲放大器（Low Noise Amplifier）的縮寫，是射頻接收機(jī)中重要的組成部分之一。它主要的作用是將天線從空中接收到的微弱信號(hào)進(jìn)行小信號(hào)放大，提高接收機(jī)靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍減少干擾，提供系統(tǒng)可以解調(diào)的有用數(shù)據(jù)。

具體來說，LNA可以提高接收機(jī)的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍。在接收機(jī)電路中，由于各種器件（如混頻器、濾波器等）的存在，信號(hào)本身也會(huì)受到一定程度的衰減。如果信號(hào)的強(qiáng)度太弱，就有可能被接收機(jī)電路中的噪聲所掩蓋，從而無法有效被接收和處理。LNA的作用就是在盡可能小地影響接收機(jī)的噪聲系數(shù)的前提下，將信號(hào)放大到足夠的強(qiáng)度，以便被后續(xù)的接收機(jī)電路處理。

當(dāng)今各種無線通訊工具的要求越來越高，要求功率輻射小、作用距離遠(yuǎn)、覆蓋范圍大，這就對(duì)系統(tǒng)的接收靈敏度提出了更高的要求，我們知道，系統(tǒng)接收靈敏度的計(jì)算公式如下：

    Smin= -174(dBm/Hz)+ NF+10㏒BW(MHz)+S/N（dB）

由上式可知，一旦系統(tǒng)BW和信噪比（S/N)確定，系統(tǒng)靈敏度起決定作用的就是NF。由級(jí)聯(lián)放大器噪聲系數(shù)公式：

    NF=NF1+(NF2-1)/G1+(NF3-1)/G1G2+(NF4-1)/G1G2G3+.....

由上式可以看出，第一級(jí)噪聲在整個(gè)接收機(jī)中起決定作用。所以LNA在整過接收系統(tǒng)中很重要，也是提高系統(tǒng)靈敏度的關(guān)鍵手段之一。

二、LNA的主要指標(biāo)

本文還是以路由設(shè)備中LNA為例來說明,先看一份2.4G LNA參數(shù)指標(biāo)截圖（來源infineon BFP740）如下：

接下來我們來看幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。

2.1、Gain（增益）

LNA的增益定義為傳輸給負(fù)載ZL的平均功率與信號(hào)源的最大資用功率比值： 

                               G=PL / PS

增益一般是在阻性信號(hào)源和端接阻性負(fù)載的情況下定義，所以信號(hào)源資用功率都提供給了負(fù)載。放大器資用功率經(jīng)輸出端口適當(dāng)阻抗匹配提供給終端。

LNA都是按照噪聲最佳匹配進(jìn)行設(shè)計(jì)的，噪聲最佳匹配點(diǎn)并非最大增益點(diǎn)，此時(shí)的增益稱為相關(guān)增益。相關(guān)增益一般比最大增益小2-4dB.

2.2、NF(噪聲系數(shù))

 噪聲系數(shù)的定義為放大器輸入信噪比與輸出信噪比的比值，即：

NF為L(zhǎng)NA噪聲系數(shù)，Sin,Nin分別為輸入端信號(hào)功率和噪聲功率，Sout,Nout 分別為輸出端信號(hào)功率和噪聲功率。

其中 NFmin為晶體管最小噪聲系數(shù)，是由放大器的管子本身決定的， Γopt、Rn 和Γs分別為獲得 Fmin時(shí)的最佳源反射系數(shù)、晶體管等效噪聲電阻、以及晶體管輸入端的源反射系數(shù)。

對(duì)于多級(jí)放大器，其公式為上文中提到的級(jí)聯(lián)公式即：

 NF=NF1+(NF2-1)/G1+(NF3-1)/G1G2+(NF4-1)/G1G2G3+.....

在工程應(yīng)用中，我們會(huì)選擇增益較高，噪聲系數(shù)較小的管子。當(dāng)然規(guī)格書中的指標(biāo)只能作為一個(gè)參考（特別是噪聲系數(shù)），實(shí)際的還需要在應(yīng)用系統(tǒng)中做實(shí)際的測(cè)試。

2.3、穩(wěn)定性

一個(gè)放大管射頻絕對(duì)穩(wěn)定條件是：

K稱為穩(wěn)定性判別系數(shù)，K大于1是穩(wěn)定狀態(tài)，只有當(dāng)以上三個(gè)條件均滿足，才能保證絕對(duì)穩(wěn)定。

當(dāng)然工程應(yīng)用中，我們需要選擇K值大于1的器件，其次在設(shè)計(jì)中，我們也要保證最終的測(cè)試值，K也要大于1.接下來我們還是以BFP740為例，搭建一個(gè)完整的LNA電路，進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

參考電路：

電路中各器件的取值與作用：

首先參考DEMO在ADS中畫好原理圖：

運(yùn)行仿真：

NF:

穩(wěn)定性：

S21:

從以上仿真結(jié)果看，與規(guī)格書指標(biāo)幾本是穩(wěn)和的，當(dāng)然這只是原理設(shè)計(jì)上的驗(yàn)證，最終還是需要在PCB上做實(shí)際測(cè)試來驗(yàn)證。另外上面原理圖中的R3,M1,M2都是影響放大管穩(wěn)定性的，應(yīng)用時(shí)需要特別注意。以上就是LNA最為關(guān)鍵的三個(gè)參數(shù)，另外關(guān)于P1dB,IP3前文PA有簡(jiǎn)單分享，本文不再贅述。其實(shí)隨著集成電路的集成度越來越高，像WIFI6，WIFI7基本上不再使用這種單獨(dú)的LNA器件了，基本上都是使用FEM（PA+LNA+SWITCH)。好處不言而喻，工程設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單了，成本也低了，空間也更省了，但是我們還是需要單獨(dú)對(duì)這些器件做深入的學(xué)習(xí)和了解，便于問題的解決和自己技能的提升。

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