一种低噪声放大器的元件参数确定方法及低噪声放大器

摘要

本发明公开一种低噪声放大器的元件参数确定方法及低噪声放大器。所述方法包括：根据所述低噪声放大器的电路结构和信号源建立小信号噪声等效模型；根据所述小信号噪声等效模型，建立所述低噪声放大器的噪声因子公式；根据所述噪声因子公式，计算噪声因子最小时信号源的内阻R_S以及第一电感L_B所对应的数学解析式；建立所述低噪声放大器的输入电阻公式：联立上述公式、以及数学解析式，得到对应的电容、电感的器件参数值。采用本发明的方法设计的低噪声放大器，在功率约束(即低功耗)的条件下，能够具有低噪声的性能。

主权项

一种低噪声放大器的元件参数确定方法，其特征在于，用于低噪声放大器，所述低噪声放大器包括射频输入管、与所述射频输入管的基极相连的第一电感L_B和与所述射频输入管的发射极相连的第二电感以及并联在所述射频输入管的基极和发射极两端的第一电容；所述射频输入管的信号输入端口与所述第一电感之间设置有隔直电容，直流偏置电压通过偏置电阻接入所述隔直电容与所述第一电感之间；所述射频输入管的集电极与电源之间设有谐振电路和防止密勒效应的晶体管；所述方法包括：根据所述低噪声放大器的电路结构和信号源建立小信号噪声等效模型；根据所述小信号噪声等效模型，建立所述低噪声放大器的噪声因子公式；$\begin{array}{c}F=1+\frac{R_{\mathrm{LB}}+R_{\mathrm{LE}}}{R_s}+\frac{g_m}{2R_s\beta }\left\{\right[R_s+R_{\mathrm{LB}}+R_{\mathrm{LE}}+R_B-{\omega }^2{C}_{\mathrm{BE}}(L_E+L_B)R_B{]}^2+{\omega }^2\left[R_B\right(R_s+R_{\mathrm{LB}}+\\ R_{\mathrm{LE}})C_{\mathrm{BE}}+L_E+L_B{]}^2\}+\frac{1}{2g_m{R}_s}\left\{\right[1-{\omega }^2(C_{\mathrm{BE}}+C_{\pi })(L_E+L_B){]}^2+{\omega }^2[(C_{\mathrm{BE}}+C_{\pi })(R_s+R_{\mathrm{LB}}+\\ R_{\mathrm{LE}})+(\frac{1}{R_{\pi }}-{\omega }^2{C}_{\pi }{C}_{\mathrm{BE}}{R}_B)(L_E+L_B)+R_B{C}_{\pi }{]}^2\}\frac{R_B}{R_S}\left\{\right[1-{\omega }^2(L_E+L_B)C_{\mathrm{BE}}{]}^2+{\omega }^2(R_S+\\ R_{\mathrm{LB}}+R_{\mathrm{LE}}{)}^2{C}_{\mathrm{BE}}^2\}\end{array}$其中，C_BE为所述第一电容的电容值，L_B为所述第一电感的电感值，L_E为所述第二电感的电感值，R_LB为所述第一电感L_B的寄生电阻，其值等于ωL_B/Q_LB；R_LE为所述第二电感L_E的寄生电阻，其值等于ωL_E/Q_LE；ω为所述低噪声放大器的工作频率；Q_LB为所述第一电感L_B的品质因数；Q_LE为所述第二电感L_E的品质因数；R_S为所述信号源的内阻；g_m为所述射频输入管Q₁的跨导，其值等于I_C/V_T；I_C为所述射频输入管的直流电流，V_T＝k₀T/q；k₀是波耳兹曼常数，T为开尔文温度，q为电子电量；β为直流电流放大倍数；R_B为所述射频输入管基极寄生电阻；C_π为所述射频输入管基极与发射极间的结电容；R_π为所述射频输入管基极与发射极间的结电阻；根据所述噪声因子公式，计算噪声因子最小时R_S以及L_B所对应的数学解析式；分别对所述噪声因子公式中的R_S以及L_B求偏导，并令其求导值等于0，得到噪声因子最小时，R_S以及L_B所对应的数学解析式；所述R_S对应的数学解析式为：$\begin{array}{c}{R}_S=\{\frac{2g_m\beta (R_{\mathrm{LB}}+R_{\mathrm{LE}})+\beta [1-2{\omega }^2(C_{\mathrm{BE}}+C_{\pi })(L_E+L_B)]+2g_m\beta R_B[1-2{\omega }^2{C}_{\mathrm{BE}}(L_E+L_B)]}{g_m^2+\beta {\omega }^2{(C_{\mathrm{BE}}+C_{\pi })}^2+2g_m\beta R_B{\omega }^2{C}_{\mathrm{BE}}^2}\\ +{\omega }^2{(L_E+L_B)}^2{\}}^{0.5}\end{array}$所述L_B对应的数学解析式为：$\omega L_B=\frac{\beta Q_{\mathrm{LB}}\omega (C_{\mathrm{BE}}+C_{\pi })+2g_m{R}_B{C}_{\mathrm{BE}}\beta Q_{\mathrm{LB}}\omega -g_m\beta }{g_m^2{Q}_{\mathrm{LB}}+{\omega }^2{(C_{\mathrm{BE}}+C_{\pi })}^2\beta Q_{\mathrm{LB}}+2g_m{R}_B{\omega }^2{C}_{\mathrm{BE}}^2\beta Q_{\mathrm{LB}}}-\omega L_E$其中,$L_E=(R_{\mathrm{IN}}-\frac{\omega L_B}{Q_{\mathrm{LB}}})/(\frac{g_m}{C_{\mathrm{BE}}+C_{\pi }}+\frac{\omega }{Q_{\mathrm{LEe}}});$建立所述低噪声放大器的输入电阻公式：$R_{\mathrm{IN}}=R_S=\frac{g_m}{C_{\mathrm{BE}}+C_{\pi }}{L}_E+\frac{\omega L_E}{Q_{\mathrm{LE}}}+\frac{\omega L_B}{Q_{\mathrm{LB}}}$其中，R_IN为所述低噪声放大器的输入电阻；联立所述输入电阻公式、和R_S以及L_B所对应的数学解析式，得到L_B与C_BE所对应的器件参数值。