Что такое малошумящий усилитель. Как работает МШУ. Какие основные характеристики МШУ важны. Где применяются малошумящие усилители. Чем отличается МШУ от обычного усилителя.
Что такое малошумящий усилитель и для чего он нужен
Малошумящий усилитель (МШУ) — это специализированный электронный усилитель, предназначенный для усиления очень слабых сигналов с минимальным добавлением собственных шумов. Основная задача МШУ — усилить полезный сигнал, сохранив при этом высокое отношение сигнал/шум.
Ключевые особенности малошумящих усилителей:
- Способность усиливать сигналы очень малой амплитуды (микровольты и меньше)
- Минимальное добавление собственных шумов к усиливаемому сигналу
- Высокий коэффициент усиления (обычно 10-30 дБ)
- Низкий коэффициент шума (менее 1-2 дБ)
- Хорошее согласование входного и выходного импеданса
МШУ применяются на входе приемных трактов различных радиотехнических систем, где необходимо усилить слабый полезный сигнал без значительного ухудшения отношения сигнал/шум. Это позволяет повысить чувствительность и дальность действия систем связи, радиолокации, радиоастрономии и других.
Принцип работы малошумящего усилителя
Основной принцип работы МШУ заключается в усилении входного сигнала с минимальным добавлением собственных шумов усилителя. Для этого в МШУ применяются следующие технические решения:
- Использование малошумящих активных элементов (транзисторов)
- Оптимальный выбор режима работы транзисторов
- Применение цепей согласования импедансов по входу и выходу
- Использование отрицательной обратной связи для стабилизации параметров
- Оптимизация топологии печатной платы для минимизации паразитных связей
Важнейшей характеристикой МШУ является коэффициент шума, который показывает, во сколько раз ухудшается отношение сигнал/шум на выходе усилителя по сравнению с входом. Чем ниже коэффициент шума, тем лучше МШУ.
Основные характеристики малошумящих усилителей
Ключевыми параметрами, характеризующими работу МШУ, являются:
- Коэффициент усиления — показывает, во сколько раз усиливается входной сигнал (обычно 10-30 дБ)
- Коэффициент шума — характеризует собственные шумы усилителя (типично менее 1-2 дБ)
- Динамический диапазон — диапазон уровней входных сигналов, в котором обеспечивается линейное усиление
- Полоса пропускания — диапазон частот, в котором обеспечиваются заданные параметры
- Входной и выходной импеданс — для согласования с источником сигнала и нагрузкой
- Уровень интермодуляционных искажений — характеризует нелинейность усилителя
Оптимизация этих параметров позволяет создавать МШУ с наилучшими характеристиками для конкретных применений.
Применение малошумящих усилителей
МШУ находят широкое применение в различных областях радиоэлектроники:
- Системы мобильной связи (базовые станции, абонентские терминалы)
- Спутниковые системы связи и навигации
- Радиолокационные системы
- Радиоастрономические приемники
- Измерительная техника (анализаторы спектра, осциллографы)
- Медицинская диагностическая аппаратура
- Системы радиомониторинга и радиоразведки
Везде, где необходимо усилить слабые сигналы с минимальными искажениями, применяются малошумящие усилители.
Типы и конструкции малошумящих усилителей
Существуют различные типы МШУ, отличающиеся схемотехникой и конструктивным исполнением:
- Узкополосные МШУ — оптимизированы для работы в узкой полосе частот
- Широкополосные МШУ — обеспечивают усиление в широком диапазоне частот
- Монолитные интегральные МШУ — выполнены в виде микросхемы
- Гибридно-интегральные МШУ — содержат как интегральные, так и навесные компоненты
- Транзисторные МШУ — собраны на дискретных СВЧ-транзисторах
Выбор типа МШУ зависит от конкретного применения, требуемых характеристик и условий эксплуатации. Наиболее распространены монолитные интегральные МШУ благодаря их компактности и низкой стоимости при массовом производстве.
Отличия малошумящего усилителя от обычного
Основные отличия МШУ от обычных усилителей заключаются в следующем:
- МШУ оптимизирован для достижения минимального коэффициента шума
- МШУ имеет более узкий динамический диапазон по сравнению с обычными усилителями
- В МШУ применяются специальные малошумящие транзисторы и топологии
- МШУ обычно имеет меньший коэффициент усиления, чем обычный усилитель
- МШУ требует более тщательного согласования импедансов по входу и выходу
Эти особенности позволяют малошумящим усилителям обеспечивать наилучшее отношение сигнал/шум при работе со слабыми сигналами.
Проектирование малошумящих усилителей
При разработке МШУ необходимо учитывать следующие ключевые аспекты:
- Выбор оптимальной схемотехники (с общим эмиттером, общей базой и др.)
- Подбор малошумящих транзисторов с подходящими параметрами
- Расчет цепей согласования импедансов по входу и выходу
- Оптимизация режимов работы транзисторов по постоянному току
- Применение цепей стабилизации параметров и температурной компенсации
- Тщательная разработка топологии печатной платы для минимизации паразитных связей
Современные средства автоматизированного проектирования позволяют оптимизировать параметры МШУ и получить наилучшие характеристики для заданных условий применения.
Выбор малошумящего усилителя для конкретного применения
При выборе МШУ для конкретной системы необходимо учитывать следующие факторы:
- Требуемый диапазон рабочих частот
- Необходимый коэффициент усиления
- Допустимый коэффициент шума
- Требования по линейности (уровень IP3)
- Входная и выходная мощность сигнала
- Напряжение питания и потребляемая мощность
- Конструктивное исполнение (корпус, габариты)
- Стоимость и доступность компонента
Правильный выбор МШУ позволяет получить оптимальные характеристики всей радиотехнической системы при минимальных затратах.
Широкополосный малошумящий усилитель мощности диапазона 20…600МГц
Портал QRZ.RU существует только за счет рекламы, поэтому мы были бы Вам благодарны если Вы внесете сайт в список исключений. Мы стараемся размещать только релевантную рекламу, которая будет интересна не только рекламодателям, но и нашим читателям. Отключив Adblock, вы поможете не только нам, но и себе. Спасибо.
Как добавить наш сайт в исключения AdBlock
QRZ.RU > Каталог схем и документации > Схемы наших читателей > Усилители мощности > Широкополосный малошумящий усилитель мощности диапазона 20…600МГц
class=»small»>
(Радиоаматор, 2005, № 8, С. 53) Скачать статью в одном файле
Широкополосные малошумящие усилители находят применение в различных системах и могут быть использованы, например, для компенсации потерь в кабелях снижения антенно-фидерных устройств телевизионных приемников [1]. На рис. 1 приведена принципиальная схема широкополосного малошумящего усилителя, в котором изменена традиционная последовательность включения корректирующих цепей и транзисторов. Схема является модификацией малошумящего усилителя использованного в [2]. Рис. 1 На рис. 2 приведен чертеж печатной платы, на рис. 3 – показано расположение элементов, на рис. 4 – фотография внешнего вида усилителя. Рис. 2 Чертеж печатной платы Рис. Рис. 4 Фотография внешнего вида усилителя. Усилитель содержит два каскада усиления на транзисторах VT1 и VT2 и две цепи коррекции первого порядка (элементы С3 и С5). Печатная плата (рис. 2) размером 35х20 мм изготавливается из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита толщиной 2…3 мм. Пунктирными линиями на рис. 2 обозначены места металлизации торцов, что может быть сделано с помощью металлической фольги, которая припаивается к нижней и верхней части платы. Металлизация необходима для устранения паразитных резонансов, искажающих форму амплитудно-частотной характеристики. Настройка усилителя заключается в следующем. Вначале с помощью резисторов R2 и R5 устанавливаются токи покоя транзисторов усилителя. Затем подбором номиналов конденсаторов С3 и С5 выравнивается его амплитудно-частотная характеристика. Вместо транзистора выходного каскада 2Т649А-2 может быть использован транзистор КТ939А. В этом случае потребуется некоторая переработка печатной платы усилителя. ЛИТЕРАТУРА
| |
. Ленина, 40 
Одной из основных проблем построения таких усилителей является проблема формирования их амплитудно-частотных характеристик. Ведь для минимизации коэффициента шума усилителя его входной каскад должен быть реализован без применения цепей высокочастотной коррекции. В этом случае задача выравнивания амплитудно-частотной характеристики усилителя усложняется.
3 Расположение элементов
Интегральный малошумящий усилитель на 0,18-мкм SiGe БиКМОП
Будняев Вадим
Вертегел Валерий — engineering@sevsu.
ru
№ 1’2019
PDF версия
В статье представлены результаты разработки интегрального малошумящего усилителя С-диапазона для сложно-функциональной монолитной интегральной схемы приемо-передающего модуля активной фазированной антенной решетки гражданского назначения. Разработана электрическая схема интегрального МШУ и проведено моделирование в системе автоматизированного проектирования Cadence IC Design с использованием PDK 0,18-мкм SiGe БиКМОП технологического процесса.
Введение
Ключевым элементом приемного тракта любого приемо-передающего устройства является малошумящий усилитель (МШУ). Функцией МШУ является предварительное усиление слабых сигналов, наводимых в антенне, без существенного ухудшения отношения сигнал/шум. В частности, интегральный МШУ является необходимым функциональным узлом приемо-передающих модулей (ППМ) активных фазированных антенных решеток (АФАР), которые используются в системах радиолокации и радионавигации, радиоэлектронной борьбы, а также в телекоммуникационных системах различного назначения.
В статье приводятся результаты разработки электрической схемы и топологии интегрального малошумящего усилителя C‑диапазона, предназначенного для сложнофункциональной монолитной интегральной схемы (МИС) ППМ АФАР, которая разрабатывается в рамках государственного задания № 8.3962.2017/ПЧ.
Электрическая схема и топология МШУ
Разработка электрической схемы и топологии МШУ проводилась в пакете прикладных программ Cadence IC Design с использованием библиотек моделей элементов технологического кремний-германиевого БиКМОП-процесса с проектной нормой 0,18 мкм. Разработанная схема МШУ показана на рисунке 1.
Рис. 1. Упрощенная схема МШУ
Транзистор VT1 включен по схеме с общей базой для обеспечения хорошего согласования входного импеданса первого каскада с сопротивлением 50 Ом в широкой полосе частот и обеспечивает необходимый коэффициент усиления по напряжению.
Использование каскодного усилителя на полевых транзисторах VT2 и VT3 позволило получить высокий коэффициент усиления по напряжению без сужения рабочей полосы частот благодаря уменьшению влияния эффекта Миллера.
ФНЧ в цепи базы транзистора VT1 необходим для предотвращения попадания переменной составляющей напряжения на выход источника опорного напряжения (ИОН) [1], предназначенного для формирования напряжения смещения транзистора VT1. Напряжение смещения транзистора VT3 устанавливается на линейном участке вольтамперной характеристики, что позволяет в широком диапазоне напряжения смещения обеспечить линейность работы каскада. Для транзистора VT4 напряжение смещения установлено аналогично.
В качестве нагрузки второго каскада используется последовательная RL-цепь (элементы R4 и L1) для обеспечения высокого коэффициента усиления в широком диапазоне частот.
Разработанная топология малошумящего усилителя показана на рисунке 2. Занимаемая площадь — 0,12 мм2 (без контактных площадок).
Рис. 2. Топология МШУ
Результаты моделирования
Проведено схемотехническое моделирование МШУ с учетом влияния паразитных элементов топологии. На рисунке 3 показаны основные зависимости малосигнальных параметров усилителя.
Коэффициент усиления в рабочем диапазоне частот 3,4–7 ГГц составляет 20–21,8 дБ.
Рис. 3. Основные частотные зависимости разработанного МШУ
Входной импеданс схемы согласован с 50 Ом в рабочей полосе частот. Качество согласования оценивалось с помощью параметра S11, величина которого не превышает –12,5 дБ.
Одной из характерных особенностей измерения коэффициента шума испытуемого устройства является его температура. Осмысленное сравнение величин коэффициента шума требует, чтобы измерения проводились при стандартной температуре 290 К (17 °C). В качестве часто упоминаемой причины, которая обусловила этот выбор, называется приблизительное равенство этой температуры и средней температуры приемной антенны, направленной через атмосферу на передающую антенну. Кроме того, спектральная плотность мощности kT0 равномерна в полосе частот и равна 4,00 ∙ 10–21 Вт/Гц (–174 дБм/Гц) [2]. Значение коэффициента шума МШУ в диапазоне 3,4–7 ГГц при температуре 17 °C не превышает 4,9 дБ.
Влияние разброса технологических параметров элементов схемы МШУ на величину коэффициента шума оценивалось по результатам статистического анализа (метод Монте-Карло). Гистограмма, построенная в результате статистического моделирования, показана на рисунке 4.
Рис. 4. Гистограмма распределения коэффициента шума
Закон распределения коэффициента шума близок к нормальному, а его отклонение на уровне 3σ составляет 0,24 дБ.
Сравнение основных параметров разработанного усилителя и МШУ, представленных в научных статьях из зарубежных периодических изданий, приведено в таблице.
Параметр | [3] | [4] | [5] | [6] | Эта работа |
Технология | SiGe БиКМОП 0,18 мкм | КМОП | SiGe БиКМОП | КМОП | SiGe БиКМОП 0,18 мкм |
Диапазон частот, ГГц | 3–10 | 3,1–10,6 | 3,1–10,6 | 1–5 | 3,4–7 |
Коэффициент усиления, дБ | 21 | 9–10 | 23–23,5 | 11–13,7 | 20–21,8 |
Коэффициент шума, дБ | 2,5–4,2 | 4–7 | 3–4 | 5–6,5 | 4,44–4,83 |
S11, дБ | <–10 | <–10 | <–6 | <–12 | <–12,5 |
IP1 дБ, дБм | – | – | –19,5 | – | >–21,5 |
IIP3, дБм | –5 | –8,8 | –10,5 | –9,8 | >–13,1 |
Потребляемая мощность, мВт | 30 | 9 | 55 | 9 | 14 |
Занимаемая площадь, мм2 | 1,8 | 1,1 | 0,17 | 0,78 | 0,12 |
Выводы
Создан интегральный малошумящий усилитель C‑диапазона, предназначенный для применения в составе сложно-функциональной монолитной интегральной схемы приемо-передающего модуля активной фазированной антенной решетки, которая разрабатывается в рамках государственного задания № 8.
3962.2017/ПЧ.
Проведено моделирование основных параметров МШУ с учетом паразитных элементов топологии. Разработанный МШУ в диапазоне частот 3,4–7 ГГц обеспечивает усиление 20–21,8 дБ, коэффициент шума менее 4,9 дБ. Возвратные потери по входу превышают 12,5 дБ. Потребляемая мощность: 14 мВт от источника питания 2,5 В. Точка децибельной компрессии по входу IP1 дБ на центральной частоте составляет –20,5 дБм, точка пересечения интермодуляции 3‑го порядка IIP3 по входу: не менее –13,1 дБм. Диапазон рабочих температур усилителя: –60…85 °C.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (задание № 8.3962.2017/ПЧ). Шифр проекта 8.3962.2017/ПЧ.
Литература
- Будняев В. А. Интегральный источник опорного напряжения с широким диапазоном рабочих температур/Будняев В. А., Кравченко И. В., Снегур Д. А. Современные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций «РТ‑2016».
Матер. докл. ХII-й Межд. Молодежной науч.-техн. конф. РТ- 2016. Севастополь. 14–18 нояб. 2016 г. Севастополь: изд-во СевГУ. 2016. - Основы измерения коэффициента шума в радиочастотном и микроволновом диапазонах. Keysight Technologies.
- Ismail A., Abidi A. A 3–10‑GHz Low-Noise Amplifier with Wideband LC–Ladder Matching Network. IEEE Journal of Solid-State Circuits. 2004. Vol. 39. No. 12.
- Bevilacqua A., Niknejad A. An Ultrawideband CMOS Low-Noise Amplifier for 3.1–10.6‑GHz Wireless Receivers. IEEE Journal of SolidState Circuits. 2004. Vol. 39. No. 12.
- Dederer J., Trasser A. Compact SiGe HBT Low Noise Amplifiers for 3.1–10.6 GHz Ultra-Wideband Applications. University of Ulm.
- Shen M., Tong T., Mikkelsen J., Jensen O. Design and Implementation of a 1–5 GHz UWB Low Noise Amplifier in 0.18 µm CMOS. Aalborg University. 2011.
Матер. докл. ХII-й Межд. Молодежной науч.-техн. конф. РТ- 2016. Севастополь. 14–18 нояб. 2016 г. Севастополь: изд-во СевГУ. 2016.Схема, работа, типы и ее применение
В системе связи малошумящий усилитель или МШУ является важным компонентом в секции приемника.
Основная роль этого усилителя состоит в том, чтобы усилить слабый сигнал, сводя шум к минимуму. Рабочие характеристики этого усилителя могут быть измерены, в частности, с учетом различных факторов, таких как его коэффициент шума, коэффициент усиления, динамический диапазон, согласование, стабильность и обратные потери. Эти усилители играют ключевую роль в приложениях миллиметрового диапазона, таких как пассивное дистанционное зондирование, радиометрия в науках о Земле, трансиверы и радиоастрономия. В этой статье представлена краткая информация о малошумящих усилителях, которые также называются МШУ.
Определение малошумящего усилителя — это электронный усилитель, который способен усиливать очень слабые сигналы и обеспечивает уровни напряжения, подходящие для аналого-цифрового преобразования или дальнейшей аналоговой обработки. Эти усилители используются в приложениях, где источники с низкой амплитудой включают преобразователи и антенны.
Малошумящий усилитель
Принцип работы малошумящего усилителя заключается в усилении маломощного сигнала без ухудшения его отношения сигнал/шум.
Как правило, обычные усилители усиливают сигналы, но вносят в систему дополнительный шум. Итак, МШУ используется для уменьшения шума. Эти усилители используются в электронном испытательном оборудовании, медицинских инструментах и системах радиосвязи.
Технические характеристики
Технические характеристики малошумящего усилителя обсуждаются ниже.
Усиление
Усиление МШУ — это способность усиливать или повышать уровень входного сигнала до уровня, который может быть обработан приемником. Усиление указывается в дБ, а типичные значения усиления МШУ находятся в диапазоне от 10 до 30 дБ.
Коэффициент шума
Коэффициент шума можно определить как отношение общей мощности выходного шума к выходному шуму из-за источника входного сигнала. Коэффициент шума показывает качество усилителей. Коэффициент шума определяет шумовые характеристики радиочастотной системы и обычно измеряется с помощью типичных генераторов сигналов или генераторов шума. Когда значение коэффициента шума низкое, производительность радиочастотной системы будет лучше.
Как правило, малошумящий усилитель усиливает как сигнал, так и шум на его входе. Кроме того, на выходе присутствует шум из-за малошумящего усилителя. Это, в свою очередь, снижает отношение сигнал/шум. Таким образом, хороший LNA вносит чрезвычайно малый шум, менее 1,5 дБ.
Линейность
Линейность малошумящего усилителя может быть определена как мера мощности усилителя, используемой для усиления сигнала без искажений. Когда этот усилитель работает линейно, выходная мощность в дБ представляет собой сумму входного сигнала и усиление.
Когда входной сигнал МШУ имеет амплитуду -60 дБм, он работает линейно. Но как только входной сигнал МШУ увеличивается до 0 дБм, МШУ становится нелинейным, выходной сигнал может искажаться, коэффициент усиления уже не 20 дБ, а амплитуда выходного сигнала просто +5 дБм.
Максимальный уровень входного сигнала РЧ
Максимальный уровень входного сигнала РЧ — это максимальный уровень сигнала МШУ, который он может выдержать.
При этом уровне входного сигнала малошумящий усилитель работает нелинейно. Эта величина чаще всего указывается в дБм. Максимальный входной РЧ-уровень МШУ обычно находится в диапазоне от 18 до 20 дБм.
Малошумящий усилитель и усилитель мощности
Различие между малошумящим усилителем и усилителем мощности заключается в следующем.
Малошумящий усилитель | Усилитель мощности |
| Малошумящий усилитель или МШУ — это простой микроволновый усилитель. | Усилитель мощности или УМ — это электронный усилитель. |
| МШУ (малошумящий усилитель) в основном оптимизирован для низкого входного шума, будь то шум тока (In) или шум напряжения (Vn). | PA (усилитель мощности) в основном оптимизирован для увеличения мощности. |
| Диапазон радиочастот от 60 до 90 ГГц. | Диапазон частот RF составляет от 71 до 76 ГГц. |
| Коэффициент шума 5 дБ. | Коэффициент шума 10 дБ или выше. |
| Коэффициент усиления слабого сигнала составляет 30 дБ. | Коэффициент усиления слабого сигнала составляет 32 дБ. |
| Вес 1,5 унции. | Вес 1,7 унции. |
Блок-схема малошумящего усилителя
В системе связи секция приемника нуждается в усилении слабого сигнала, принимаемого от антенны. Таким образом, это усиление может быть выполнено с помощью основного компонента, называемого малошумящим усилителем или МШУ. Характеристики этого усилителя можно описать определенными параметрами, такими как коэффициент усиления, коэффициент шума, площадь чипа, линейность, потребляемая мощность и полоса пропускания.
Блок-схема малошумящего усилителя показана ниже. Спроектировать малошумящий усилитель можно с помощью усилителя с общим затвором, активной катушки индуктивности и каскада с общим стоком. Как правило, усилитель с общим затвором в основном используется на входном каскаде, тогда как усилитель с общим стоком используется на выходном каскаде для обеспечения наилучшего согласования как на входе, так и на выходе.
Малошумящий усилитель связан с определенными характеристиками, такими как усиление и коэффициент шума, но выбор МШУ в основном зависит от некоторых конкретных параметров, таких как источник питания, полоса пропускания, площадь кристалла и линейность.
Блок-схема малошумящего усилителя
Усилитель с общим затвором
Усилитель с общим затвором (CG) образует первичный каскад предлагаемого МШУ. К этому моменту согласование входного импеданса не представляет особой сложности. Этот усилитель можно использовать как буфер тока или усилитель напряжения.
Активная катушка индуктивности
Активная катушка индуктивности в основном состоит из КМОП-транзисторов и работает точно так же, как пассивная катушка индуктивности. Этот индуктор в основном предназначен для получения качественных коэффициентов для определения его эффективности. Производительность этой катушки индуктивности можно улучшить, введя двойную обратную связь при разработке схемы.
Усилитель с общим стоком
Обычно усилитель с общим стоком называют буферным или истоковым повторителем. Обычно он используется на выходном каскаде МШУ. Этот усилитель имеет меньшее выходное сопротивление. Таким образом, он может обеспечить хорошее согласование выходного импеданса.
Предлагаемая конструкция малошумящего усилителя может быть выполнена по 45-нанометровой КМОП-технологии. МШУ содержит 12 транзисторов, но использование наименьшего количества транзисторов в конструкции будет полезно для снижения энергопотребления и паразитных эффектов.
В вышеупомянутом трехкаскадном малошумящем усилителе усилитель с общим затвором используется в качестве входного каскада. Этот усилитель широко используется в беспроводной связи. Во-первых, этот общий усилитель принимает сигнал с шумом от антенны. Коэффициент шума на этом этапе несколько высок. Этот шумовой сигнал передается на следующий каскад МШУ подобно активной катушке индуктивности.
В активном индукторе шум принимаемого сигнала может быть уменьшен за счет шумоподавления и резистивной дегенерации.
Активный индуктор используется для снижения энергопотребления и снижения сложности. Этот малошумящий сигнал подается на конечный каскад МШУ, как на усилитель с общим стоком. Это также называется буфером или исходным повторителем. Этот усилитель способен получить небольшое согласование выходного импеданса. Таким образом, этот усилитель потенциально имеет очень меньше шума. Таким образом, шум уменьшается от входа до выхода МШУ.
Принципиальная схема малошумящего микрофонного усилителя
Принципиальная схема малошумящего микрофонного предварительного усилителя на микросхеме NE5534 показана ниже. В этой схеме, подобно NE55534, микросхема малошумящего усилителя является важным компонентом. Необходимые компоненты для построения этой схемы в основном включают резисторы, такие как 10 кОм-2 и 68 кОм-2, конденсаторы, такие как 1 мкФ-1, 10 мкФ-2, 100 мкФ-1, батарея от 9 В до 12 В, аудиоразъем-1 и электретный микрофон-1.
Схема 9 малошумящего усилителя0008
Основная функция этого малошумящего микрофонного предварительного усилителя заключается в усилении слабых аудиосигналов.
Как только источник звука, такой как микрофон, имеет меньший звуковой диапазон, эта схема полезна для усиления этого слабого сигнала или слабых сигналов и передачи этого сигнала для дальнейшего усиления.
Вышеупомянутая схема может быть разработана с ИС вместо транзистора, потому что эта ИС обеспечит намного лучший фильтр искажений. Эта микросхема усилителя с низким уровнем шума отличается низким уровнем шума, высоким единичным коэффициентом усиления, низким энергопотреблением, защитой от короткого замыкания и низким уровнем нелинейных искажений.
Здесь технические характеристики микрофонного предусилителя могут меняться в зависимости от микрофона, используемого для захвата аудиосигналов, и типа записываемого звука. Основными характеристиками, которые необходимо учитывать в схеме предварительного усилителя, являются шум, искажения и усиление.
Эта схема работает от батареи от 9 до 12 В. Здесь Electret Mic генерирует аудиосигналы, которые передаются на вход IC. Здесь вы можете использовать любой источник звука вместо микрофона.
Общий коэффициент усиления по напряжению этой схемы в основном зависит от резисторов, подключенных к неинвертирующему выводу микросхемы. Выходной сигнал, генерируемый этой ИС, может быть передан через еще один конденсатор для фильтрации любого шума.
Эта схема очень полезна там, где необходим предусилитель с низким уровнем шума, например, живая музыка, мобильные телефоны, звуковая карта в ноутбуках и приложения для записи звука.
Рабочие характеристики:
Наиболее важной рабочей характеристикой LNA является коэффициент шума (NF). Определяется как отношение выходной мощности шума к входной мощности:
NF = Pout / Pin
, где Pin — это общая входная мощность (сумма всех сигналов), а Pout — общая выходная мощность (сумма всех усиленных сигналов). . Таким образом, если вы увеличите Pout на 10 дБ, оставив Pin постоянным, NF уменьшится на 10 дБ. На практике, однако, при усилении слабых сигналов трудно поддерживать постоянное значение Pin; обычно Pin должен быть значительно увеличен, чтобы иметь низкий уровень шума.
Типы малошумящих усилителей
Существуют различные типы малошумящих усилителей, например следующие.
- МШУ общего назначения.
- МШУ GPS/ГЛОНАСС/КОМПАС.
- МШУ 4G/5G.
МШУ общего назначения
Эти малошумящие усилители в основном включают семейство продуктов SiGe LNA и широкополосных LNA. МШУ типа SiGe оптимизированы для различных токов питания. Они обеспечивают низкий уровень шума и абсолютную стабильность для широкополосных усилителей и драйверов MMIC конструкций LNA. Их оптимизированное внутреннее расположение транзисторных ячеек обеспечивает наилучшие коэффициенты шума и коэффициент усиления мощности на высоких частотах.
Конструкция широкополосного МШУ предлагает широкий выбор высокопроизводительных продуктов BFP. Эти продукты используют кремний-германий-углеродную биполярную технологию для беспроводных приложений. Усилители драйвера MMIC используют конфигурацию Дарлингтона, которая предлагает единый пакет для разработчиков ВЧ.
МШУ 4G/5G
Эти малошумящие усилители очень важны, когда речь идет о системах связи и технологиях будущего. Включив в антенну малошумящий усилитель, можно улучшить сигнал, не добавляя в систему дополнительных избыточных шумов. Основные преимущества использования этих малошумящих усилителей: высокая линейность, сверхнизкий коэффициент шума и низкое потребление тока, что повышает чувствительность сигнала, увеличивает скорость передачи данных, увеличивает системную интеграцию и снижает энергопотребление.
МШУ GNSS
Малошумящие усилители GNSS нуждаются в ВЧ усилителе с низким или сверхнизким уровнем шума и высокой линейности для повышения чувствительности приемника для лучшей локализации даже при низком заряде батареи или плохих условиях. В настоящее время большинство смартфонов имеют навигационные приложения, которые предъявляют еще более высокие требования к размеру, линейности и энергопотреблению по сравнению с автономными PND (персональными навигационными устройствами).
Эти усилители улучшают чувствительность сигнала при очень низком потреблении тока и широком диапазоне напряжения питания.
Как спроектировать малошумящий усилитель?
Малошумящий усилитель может быть разработан с использованием топологии с отрицательной обратной связью или без обратной связи. Первый подход используется чаще, потому что он может обеспечить лучшую производительность по сравнению с эквивалентным усилителем без обратной связи.
Для чего нужен малошумящий усилитель?
. Для увеличения отношения сигнал/шум
. Для увеличения усиления усилителя
. Для удаления нежелательных шумов электромагнитной волны
. Для ослабления входного сигнала усилителя
В чем разница между шумом и помехой?
Шум — это нежелательный сигнал, который может мешать работе цепи. Обычно это вызвано тепловым возбуждением, колебаниями напряжения или другими электрическими эффектами. Помехи — это нежелательный сигнал, который мешает работе другой цепи.
Перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше об усилителях постоянного тока MCQ, малошумящих усилителях MCQ
Преимущества
К преимуществам малошумящего усилителя относятся следующие.
- Они предназначены для снижения дополнительного шума.
- Эти электронные усилители помогают усиливать очень слабые сигналы.
- Этот усилитель используется, когда отношение сигнал-шум или сигнал-шум высокое и его необходимо уменьшить почти на 50% при увеличении мощности.
- Они обычно доступны во всех приемниках.
- При разработке МШУ мы используем как активную, так и пассивную обратную связь.
К недостаткам малошумящих усилителей относятся следующие.
- Малошумящие усилители стоят дорого.
- Они очень чувствительны к фликер-шуму и смещению постоянного тока.
Применение
применения малошумящих усилителей включают следующее.
- Эти усилители в основном предназначены для снижения дополнительных шумов. Разработчики могут уменьшить дополнительный шум, выбрав рабочие точки, топологию схемы и малошумящие компоненты. Снижение лишнего шума должно соответствовать целям других конструкций, таких как согласование импеданса и усиление мощности.
- Они в основном используются в коммуникационных приемниках, таких как GPS-приемники, сотовые телефоны, спутниковая связь и Wi-Fi.
- Как правило, МШУ используется во всех приемниках, и основная функция этого усилителя заключается в усилении принимаемого сигнала до достаточного уровня, чтобы его можно было использовать для дополнительной обработки.
- МШУ является важным компонентом, который обычно располагается рядом с различными детекторами, такими как GPS, мобильные телефоны, радиоприемники и т. д.
- Эти усилители усиливают очень слабые сигналы и обеспечивают уровни напряжения, соответствующие АЦП.
- Они используются в источниках с низкой амплитудой, таких как антенны и преобразователи.
- Этот усилитель может использоваться в качестве предусилителя промежуточной или высокой частоты для различных видов усилительных схем и радиоприемников для высокочувствительных электронных устройств обнаружения.
Перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше об антенне с параболическим отражателем, усилителе класса D.
Итак, это все обзор малошумящего усилителя или МШУ. Для наилучшей работы этих усилителей основными требованиями являются высокий коэффициент усиления и низкий уровень шума. Эффективность этого усилителя можно определить путем анализа различных параметров, таких как коэффициент шума, коэффициент усиления, стабильность и линейность схемы. Вот вопрос к вам, что такое ПА?
Микросхемы малошумящего усилителя LNA
Обзор
Повысьте скорость передачи данных и качество приема вашего беспроводного приложения с помощью малошумящих усилителей Infineon
Подкатегории микросхем малошумящих усилителей LNA
Малошумящий усилитель (МШУ) усиливает очень маломощный сигнал без существенного ухудшения отношения сигнал/шум.
Когда обычные усилители усиливают сигналы, в систему часто вносится дополнительный шум. Однако с помощью электронного МШУ этот шум можно значительно уменьшить.
Ассортимент интегральных схем усилителя с низким уровнем шума Infineon повышает чувствительность приемника и, таким образом, обеспечивает максимальное удобство для пользователя. Наш ассортимент радиочастотных малошумящих усилителей MMIC постоянно обновляется, чтобы удовлетворить постоянно меняющиеся требования рынка, предлагая продукты, изготовленные по индивидуальному заказу для каждого приложения. Высоко интегрированные в компактный корпус, наши МИС МШУ имеют защиту от электростатических разрядов и низкое энергопотребление, что идеально подходит для мобильных устройств с батарейным питанием. Более того, наша инновационная технология SiGe обеспечивает более низкий уровень шума, чем кремниевые альтернативы, и производительность, сравнимую с более дорогими аналогами GaAs.
Воспользовавшись всеми вышеупомянутыми преимуществами наших LNA MMIC, вы значительно повысите чувствительность системы, а пользователи ваших портативных устройств 4G/5G, GPS, мобильного ТВ, Wi-Fi и FM оценят такие функции, как высокая скорость передачи данных.
-скорость приема, быстрая и точная навигация и плавная высококачественная потоковая передача даже в самых плохих условиях приема, например. плотные города, под землей, в помещении и т. д.
Чтобы узнать больше о линейке малошумящих интегральных схем Infineon для усилителей, изучите полный ассортимент нашей продукции.
Преимущества малошумящего усилителя
Обширный портфель МИС МШУ от Infineon обеспечивает высокий коэффициент усиления и сверхнизкий коэффициент шума. Это позволяет значительно уменьшить внешние потери и увеличить скорость передачи данных. Компания Infineon разработала широкий ассортимент микросхем малошумящих усилителей, в том числе МШУ со ступенчатым усилением и МШУ с несколькими состояниями для повышения чувствительности системы 4G/5G.
Улучшение чувствительности приемника
Для разработки этой технологии наши специалисты по исследованиям и разработкам поставили перед собой цель сократить разрыв между точкой Gamma Opt (расположение оптимального импеданса источника для минимального коэффициента шума) на частоте 5-6 ГГц и 50 Ом для усиления радиочастотного приемника.
чувствительность. Это позволяет заказчикам быстро проектировать системы, поддерживающие согласование входных данных, не требуя каких-либо внешних согласующих компонентов.
Преимущества включают низкий коэффициент шума (менее 1 дБ на частоте 5-6 ГГц на уровне приложений и 0,75 дБ NFmin на уровне транзисторов), наилучшее усиление мощности (около 15 дБ) на уровне приложений и максимальное усиление мощности 22 дБ на уровне приложений, уменьшенную спецификацию. , меньшая площадь печатной платы и лучшая линейность при более низких напряжениях питания. Устойчивость к электростатическому разряду и высокая входная мощность благодаря встроенной защите от электростатического разряда на входе и выходе.
Модели малошумящих усилителей LNA
Приложения 4G/5G, Wifi/WLAN и UWB
Что касается приложений 4G/5G, Wifi/WLAN и UWB, Infineon предлагает ряд микросхем малошумящих усилителей, которые можно легко внедрить в радиочастотные схемы.
