低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA)是电路设计中常见的一种放大器,主要用于对低信号强度进行放大。低噪声放大器用于接收天线的微小电信号,并将其放大,是射频接收系统的重要组成部分。众所周知,LNA的本质之一就是增益很高,同时输入噪声系数非常低。LNA常作为一个可靠的前置放大器,它的性能对接收灵敏度和数据质量有着重要的影响。如果LNA有工作不良的问题,则会影响整个接收链路的性能。
低噪放自激(Low Noise Amplifier Self Oscillation)是指在高增益的放大器中,由于内部反馈和正常放大器工作所需要的主动器件或无源器件产生的二次谐波或三次谐波,导致这些谐波通过电源回路或地线形成一种正反馈,造成放大器失控并产生自激 oscillation 现象。低噪声放大器的低噪声系数要求电路内的噪声源电阻很大,而电路的操作环境中很难满足这个噪声源特性。当放大器内电路反馈回路过强,反馈能量强而又足以弥合器件的失真或噪声产生,便会出现自激振荡的现象,产生干扰信号,影响放大器本来应有的性能。
放大器内部的多种因素都会产生低噪放自激的问题。例如,功率稳定性、管道压降特性、内部连接电感、输入电阻和电容、放大器匹配稳定度等等。当其中一个或多个因素不恰当时,就容易产生LNA的自激 oscillation,这会导致LNA的性能变差,甚至完全丧失它本身应有的功能。此外,外部环境也会影响LNA的性能。例如,外部噪声、接线长度、单板阻抗等等都会影响LNA的性能,从而引起LNA的自激问题。
为避免低噪声放大器的自激现象,设计人员可以通过以下方式来改善器件的性能:
1.限制放大器的增益。降低放大器的增益可以减少电路中的反馈能量,从而缓解LNA的自激振荡。
2.合理选择LNA的器件和材料。在设计LNA的器件和材料时,应尽可能将其匹配到设备的输入和输出端。同时,要考虑工作环境、温度、干扰等因素。
3.优良的布局和设计。布局的好处在于,避免了反馈电路,减弱了反馈,从而减少了谐波的量。
4.优化LNA的耦合电容。优化耦合电容可以帮助放大器过滤高频噪声。通常可以采用同轴电缆或抗干扰电缆等方法,将无干扰信号和有干扰信号尽可能分离,从而减少干扰信号的出现。