10 praktische overwegingen voor een versterkerontwerp met weinig ruis

De primaire functie van een versterkerontwerp met weinig ruis is het versterken van kleine vermogenssignalen. In een elektronische microfoon kan het bericht spanning of stroom zijn, variabel tov. Tijd. Zoals alle versterkers is de versterker met weinig ruis ook een circuit met twee poorten. Het verbruikt elektrisch vermogen om de amplitude van het ingangssignaal te verbeteren. Het resulteert in een hoger proportioneel uitgangssignaal.

In dit artikel worden tien praktische overwegingen besproken waarmee u rekening moet houden bij het ontwerpen van een LNA.

Ontwerp van versterker met laag geluidsniveau:een laag geluidsniveau biedt betere LNA-prestaties.

Geluidsarme versterkers zijn essentiële componenten in verschillende apparaten. Sommigen van hen zijn radiocommunicatie, medische instrumenten en elektronische testmachines.

Een typische geluidsarme versterker kan een vermogenswinst van 100 (+20 decibel) leveren. Tegelijkertijd kan het de signaal-ruisverhouding verminderen tot 3 dB (minder dan een factor twee). Signalen die ver boven het ruisvloerniveau liggen, kunnen intermodulatievervormingen veroorzaken.

Signaalketencomponenten verslechteren de signaal-ruisverhouding   (SNR)-ruisgetal verwijst naar deze degradatie. Het is een numerieke waarde die de prestaties van een versterker definieert. Lagere waarden voor het ruisgetal betekenen betere resultaten van de versterker met weinig ruis. In decibeltermen is het ruisgetal hetzelfde als de ruisfactor.

Ontwerp van versterker met laag geluidsniveau - U hebt drie parameters nodig om de vermogenswinst van de versterker te berekenen.

Een onderscheidend kenmerk in het versterkercircuit is belangrijker dan eenheidsvermogensversterking. In eenvoudige bewoordingen is de versterking van een versterker de verhouding tussen het uitgangsvermogen en de ingang. Low-noise versterker (LNA) vermindert de extra ruis, wat een neveneffect is van het gebruik van luidsprekers. Om dit te bereiken, moeten ontwerpers een paar dingen in hun PCB / circuitontwerpen meenemen. Sommigen van hen omvatten het kiezen van componenten met een laag geluidsniveau en impedantie-aanpassing.

Voor het berekenen van de vermogensversterking van de versterker heeft u de waarden van 3 parameters nodig. De parameters zijn:

1. Transducer vermogenswinst

Het wijst op de voordelen van de versterker in plaats van de bron te gebruiken om dezelfde belasting direct aan te sturen. Vaak wordt een geluidsarme versterker geconjugeerd aan de oorzaak. De vermogensversterking van de transducer is dan hetzelfde als de versterking van het bedrijfsvermogen.

2. Bedrijfsvermogenswinst

In een netwerk met twee poorten verdwijnt de stroom in de belasting. De verhouding van dit dissiperende vermogen tot het ingangsvermogen is de versterking van het bedrijfsvermogen.

3. Maximaal beschikbaar vermogen/versterking (MAG)

PLM=Hoogst beschikbare gemiddelde vermogen bij belasting (uitgang).

PSM=Het hoogste vermogen is beschikbaar bij de bron.

MAG is de verhouding tussen PLM en PSM.

De waarde van deze parameters hangt af van vele factoren, zoals belasting, invoer, uitvoer en bron. Reflectiecoëfficiënt en S-parameters zijn ook nodig om de bovenstaande waarden af ​​te leiden.

Transmissielijn achtergrond

Een transmissielijn is een geleidend medium dat signalen over grote afstanden transporteert. Verlies of vervorming is het minst (vaak verwaarloosbaar).

Overweeg belastingsimpedantie ZL en bronimpedantie ZS. Spanning (of vermogen) is de som van invallende en reflectiegolven. Ze reizen in tegengestelde richtingen langs de transmissiekarakteristiek-impedantielijn (Z0).

Als ZL niet gelijk is aan Z0, reflecteert de belasting enkele van de invallende golven naar de bron. Het proces gaat door als een onbepaalde lus in verliesvrije transmissielijnen.

De reflectiecoëfficiënt in het geval van een perfecte impedantieovereenkomst is nul

De reflectiecoëfficiënt is een verhouding van de invallende golf en de gereflecteerde golf. De overweging is nul wanneer de belastingsimpedantie gelijk is aan de karakteristieke impedantie. Het is een complex getal, met een grootte en een hoek in de polaire vorm.

Als het verschil tussen de twee impedanties enorm is, kunnen we een grote mate van reflectie verwachten. De reflectie is evenredig met de reflectiecoëfficiënt in een versterker met weinig ruis.

De respectieve reflectiecoëfficiënten in het RF-netwerk

Bronreflectiecoëfficiënt en belastingreflectiecoëfficiënt zijn termen die worden gebruikt in RF-netwerken. Ze zijn hetzelfde als bron- en belastingsimpedantie voor versterkers met weinig ruis .

In golfstroomgrafieken kunt u invallende en reflectiegolven weergeven. Plot de stroomgrafiek met behulp van lineaire relaties binnen de netwerkvariabelen. Het zorgt voor de snelle opbouw van een overdrachtsfunctie tussen 2 netwerkpunten.

De knooppunten in de stroomgrafiek vertegenwoordigen verschillende variabelen. De onafhankelijke variabelen zijn via verschillende paden verbonden met de afhankelijke variabelen. Een versterkingswaarde hecht zich aan de padfunctie， het is relatief aan de reflectiecoëfficiënt van de betrokken variabelen.

Je kunt een LNA categoriseren op basis van zijn S-parameters

S-parameters of verstrooiingsparameters zijn essentieel in versterkerontwerpen met een laag geluidsniveau. Ze beschrijven lineaire netwerkkarakteristieken onder invloed van elektrische signalen.

Overeenkomende belastingen staan ​​bekend om het bestuderen van S-parameters. De belangrijkste reden is het gebruiksgemak voor hoge signaalfrequenties. Moderne vectornetwerkanalysatoren berekenen de amplitude en fase van golffasors.

Met S-parameters kunt u de elektrische eigenschappen van meerdere boordcomponenten uitdrukken. Onderdelen kunnen zijn:：

1. weerstanden

2. inductoren

3. condensatoren

Parameters kunnen kenmerken weergeven zoals winst, retourverlies, VSWR, reflectiecoëfficiënt of stabiliteit. Kennis van matrixalgebra is essentieel om S-parameters te begrijpen. De parameters volgen deze algebrawetten.

Gebruik MAG als de voorlopige screeningcriteria voor 2-poorts LNA's.

De MAG geeft de hoogste theoretische vermogenswinst aan die je uit het apparaat kunt halen. De bron- en impedantiebelastingen zijn geconjugeerd. MAG is een essentiële eigenschap voor 2-poorts RF-versterkers. Omgekeerde overdracht toegang nul. Kijk hierboven voor de juiste definitie.

In een netwerk met twee poorten kan MAG de beschikbare versterkingsniveaus van een versterker met weinig ruis weergeven. Zo kunnen we beoordelen of de LNA geschikt is voor de taak. Het is ook de reden waarom de MAG het primaire screeningcriterium is voor RF-, LNA- en microgolfnetwerken.

Meer transducerwinst

De meest voorkomende versterkingsterm in het ontwerp van RF-versterkers is transducerversterking. Per definitie de verhouding tussen het uitgangsvermogen van de bron tot belasting en het hoogste bronvermogen. Transducerversterking bevat een paar componenten:

1. We kunnen het resultaat van impedantie-aanpassing invoeren en uitvoeren.

2. De totale versterking van de versterker dankzij de LNA.

Een van de functies van deze parameter is de reductie van de volgende circuitmatrix tot een 2×2. Deze matrixreductie helpt bij het meten en berekenen van weerstandsverliezen tussen de circuitcomponenten die gedurende het hele proces optreden. Negeer ze tijdens de berekening van de transducerversterking.

Stabiliteit is de belangrijkste overweging

De stabiliteit, of weerstand tegen oscillatie, is een essentiële overweging tijdens het ontwerpen van LNA. Sommige parameters zijn nuttig bij het bepalen van de stabiliteit van geluidsarme versterkers. Ze omvatten de S-parameters, overeenkomende netwerken en afsluitingen.

Drie verschijnselen zijn verantwoordelijk voor de instabiliteit in een versterker. Dit zijn:

1. Transistor interne feedback.

2. De reden kan te wijten zijn aan een extern circuit, externe transistoringang.

3. Onnodige versterking buiten de noodzakelijke frequentieband.

Het zou helpen als u de stabiliteitsfactor van de Rollett zou berekenen (K ) met behulp van de gegeven S-parameters. De matrixdeterminant kan samen met de stabiliteitsfactor de stabiliteit bepalen. Een versterker is alleen stabiel als K groter is dan 1. Bovendien mag de bepalende waarde niet groter zijn dan één.

Ontwerp van versterker met laag geluidsniveau - Geschiktere impedantiewaarde

De Smith-kaart is nodig om overeenkomende impedantienetwerken te ontwerpen. Transmissielijnen veranderen de impedantie-eigenschappen met behulp van microstriplijnen - deze lijnen hebben verschillende karakteristieke impedanties. Ze kunnen ook de waarde van elke weerstand transformeren.

Er zijn twee soorten overeenkomende netwerken:

1. Input matching-netwerk:deze zijn handig om de invloed van ruis te verminderen. Het stemt de ingang van de transistor af op de bron. Op deze manier kunnen we een ruisgetal krijgen dat zo dicht mogelijk bij de minste ruis ligt.

2. Uitgangsaanpassingsnetwerk:dit netwerk stemt de transistoruitgang af op de belasting. Het systeem biedt dus het hoogste potentiële versterkingsvermogen.

Samenvatting

We hopen dat de bovenstaande gids nuttig was. Deze overwegingen zijn nodig voor het juiste ontwerp van een versterker met weinig ruis.

Een ingangssignaal met een lager ruisgetal krijgt een betere versterking via LNA's. Signalen die ver boven de ruisvloer liggen, krijgen te maken met intermodulatievervorming. Transducervermogensversterking, bedrijfsversterking, MAG zijn nodig om de versterkerversterking te vinden. De overige vitale zijn S-parameters, stabiliteit en reflectiecoëfficiënten. Verschillende impedantiewaarden kunnen golfreflecties veroorzaken. De reflectiecoëfficiënt is 0 wanneer de impedanties overeenkomen.

Experts raden aan om afhankelijk te zijn van een betrouwbaar bedrijf voor het maken van uw aangepaste PCB-ontwerpen. Neem contact met ons op voor een schatting van uw aangepaste ontwerp-PCB's.