基于模型的LNA优化可得到优于产品数据表所给的性能 留言

LNA通常是接收器链路中的一个关键组件。它的目的是放大由接收机天线捕获的极弱信号，同时给信号增加尽可能小的噪声功率。LNA的噪声系数是一个重要的参数，使设计者能够确定一个给定的LNA是否适合于某种要求。噪声系数是噪声的分贝表示，是衡量信号通过网络时信噪比下降的指标。可以从不同的制造商那里买到MMICLNA，通常可以买到能满足要求的性能的MMICLNA，而不是用分立晶体管设计LNA。然后，可以按照制造商的说明，将MMICLNA安装在印刷电路板上，从而纳入整体设计。相比之下，用分立晶体管设计LNA通常比使用MMIC需要更多的努力，因为分立晶体管LNA的设计涉及到创建适当的匹配网络，从而使放大器达到预期的性能。

为了说明问题，图1显示了一个由输入匹配网络、晶体管和输出匹配网络组成的单级放大器。当适当选择源反射系数(Γ_S)时，可实现最小噪声系数；实现最小噪声系数的Γ_S值被称为Γopt。Γopt和最小噪声系数Fmin以及等效归一化噪声电阻r_n由晶体管制造商提供，也可以通过实验确定。¹一般来说，用分立晶体管设计LNA时，目标是设计输入匹配网络，以实现晶体管的最低噪声系数，并设计输出匹配网络，帮助LNA满足输出回波损耗、增益、增益平坦度和其他参数的要求。^1,2

图1 单级LNA拓扑结构。

与分立晶体管LNA设计相比，购买内部匹配为50Ω的MMIC LNA似乎更容易，因为不需要设计任何匹配网络。相反，MMIC只是按照制造商的说明插入到50Ω的环境中，这显然更快，在许多情况下可以接受。然而，通过利用与分立晶体管LNA设计相同的概念，可能会优化MMICLNA的性能。一个MMICLNA可能被指定在很宽的频率范围内工作，许多设计者可能认为数据表中的噪声系数是可以实现的最佳值；然而，MMICLNA可能在部分频段上实现比数据表中所示更低的噪声系数。这种改进的性能可以通过优化所需频率范围内的设计来实现。

在这篇文章中，我们使用Mini-Circuits的PMA-5451+宽带MMIC LNA优化了一个5G频段的LNA。该设计使用是德科技的高级设计系统（ADS）软件进行了仿真。使用了MMICLNA和所有无源元件的Modelithics模型，PMA-5451+的Modelithics模型在S参数和噪声参数方面都得到了验证，这些参数被用来优化整个设计，以便在所需频段上获得最佳噪声系数。目标是使优化后的LNA的噪声系数低于Mini-Circuits数据手册中给定的PMA-5451+。