射频电路技术.pptx

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1、会计学1射频电路技术射频电路技术2三、电路部件三、电路部件1、低噪声放大器 主要指标：增益 噪声系数 输入匹配 工作带宽 动态范围第1页/共62页3低噪声放大器：增益低噪声放大器：增益低噪声放大器：增益低噪声放大器：增益功率增益功率增益：资用功率增益：资用功率增益 GGT T为转移功率，表示负载实际吸收的功率与信号源为转移功率，表示负载实际吸收的功率与信号源资用功率的比（失配时）。资用功率的比（失配时）。资用功率资用功率：匹配时的输出功率，共轭匹配：匹配时的输出功率，共轭匹配第2页/共62页4低噪声放大器：噪声系数低噪声放大器：噪声系数低噪声放大器：噪声系数低噪声放大器：噪声系数热噪声热噪声，

2、白色，与频率无关（宽谱），白色，与频率无关（宽谱）式中式中k k 为玻尔兹曼常数，为玻尔兹曼常数，k k1.38101.3810-23-23 J/KJ/K WWv v 为频谱密度，单位频带能量。为频谱密度，单位频带能量。散粒噪声散粒噪声，电子流的不均匀性引起的噪声，电子流的不均匀性引起的噪声，q q 为电子电荷，为电子电荷，I I 为平均电流。为平均电流。1/f 1/f 噪声或闪烁噪声噪声或闪烁噪声，低频时影响明显。高频时可忽略。，低频时影响明显。高频时可忽略。第3页/共62页5噪声系数：晶体管噪声系数：晶体管噪声系数：晶体管噪声系数：晶体管 晶体管的噪声系数晶体管的噪声系数：用噪声系数表示，

3、定义为：用噪声系数表示，定义为 （1 1）它表示信噪比在通过放大器后变坏的程度。它表示信噪比在通过放大器后变坏的程度。对于无损无噪的理想网络，由于输入信噪比等于输出信噪对于无损无噪的理想网络，由于输入信噪比等于输出信噪比，其噪声系数为比，其噪声系数为1 1。对于有损或有噪（如晶体管）网络噪声系数大于对于有损或有噪（如晶体管）网络噪声系数大于1 1。用分贝表示：用分贝表示：输入噪声功率输入噪声功率:输出噪声功率输出噪声功率：（2 2）用资用功率表示。注意它比资用增益多一个噪声系数。用资用功率表示。注意它比资用增益多一个噪声系数。第4页/共62页6级联噪声系数级联噪声系数级联噪声系数级联噪声系数

4、对于多级级联放大器，由于每一级都有噪声增加，因此后级产生的噪声对总的噪声系数有影响。级联噪声系数公式为：所以要减小噪声系数，必须选F1小，GA1大的器件。通常第三级的噪声对总噪声的影响很小。第5页/共62页7噪声系数与接收机灵敏度噪声系数与接收机灵敏度噪声系数与接收机灵敏度噪声系数与接收机灵敏度 灵敏度表示对于一定的接收机输出信噪比，所需的最灵敏度表示对于一定的接收机输出信噪比，所需的最小输入信号。这个一定的接收机输出信噪比，与信号的小输入信号。这个一定的接收机输出信噪比，与信号的调制形式有关，例如调制形式有关，例如2PSK2PSK，需要，需要6dB6dB，调制度越高，要，调制度越高，要求越高

5、。因此灵敏度的表示式为：求越高。因此灵敏度的表示式为：它与噪声系数和系统带宽有关。它与噪声系数和系统带宽有关。例：例：NFNF6dB6dB，带宽，带宽BWBW1MHz1MHz，输出信噪比为，输出信噪比为6dB6dB，则，则接收机灵敏度为接收机灵敏度为 第6页/共62页8低噪声放大器，低噪声设计低噪声放大器，低噪声设计低噪声放大器，低噪声设计低噪声放大器，低噪声设计晶体管的噪声参数：晶体管的噪声参数：最小噪声系数最小噪声系数 NFNF 等效噪声电阻等效噪声电阻 R Rn n 最佳源导纳最佳源导纳 Y Yoptopt，匹配时很难同时兼顾最大增益、最小噪声和匹配。匹配时很难同时兼顾最大增益、最小噪声

6、和匹配。通常要求最小噪声，调节工作电流，噪声匹配通常要求最小噪声，调节工作电流，噪声匹配 其次要求匹配，兼顾阻抗匹配其次要求匹配，兼顾阻抗匹配 最后要求增益，选择器件。最后要求增益，选择器件。匹配通常采用匹配电路，用设计软件进行，如匹配通常采用匹配电路，用设计软件进行，如MDSMDS等。等。现在在集成电路里进行，外部设计只要匹配即可。现在在集成电路里进行，外部设计只要匹配即可。第7页/共62页9动态范围动态范围动态范围动态范围动态范围取决于：动态范围取决于：最小输入信号，即灵敏度，它取决于噪声系数；最小输入信号，即灵敏度，它取决于噪声系数；最大输入信号，由晶体管线性度决定，通常用最大输入信号，

7、由晶体管线性度决定，通常用1dB1dB压缩点压缩点P1dB P1dB 或三阶交调点或三阶交调点OIPOIP3 3表示，线性好的器件，工作电流大些。如表示，线性好的器件，工作电流大些。如ADAD公司的公司的20dB20dB固定放大器：固定放大器：AD8353 AD8354AD8353 AD8354 P P1dB1dB 9dBm 5dBm 9dBm 5dBm OIP OIP3 3 23dBm 19dBm 23dBm 19dBm NF 5dB 4dB NF 5dB 4dB Isupply 41mA 23mA Isupply 41mA 23mA 第8页/共62页10三阶互调三阶互调三阶互调三阶互调 由

8、于放大器的非线性，会引起信号的失真，产生大由于放大器的非线性，会引起信号的失真，产生大量谐波。其中二次谐波通常离基波很远，可以用滤波量谐波。其中二次谐波通常离基波很远，可以用滤波器滤除，而且二次谐波是一种非对称失真，幅度相对器滤除，而且二次谐波是一种非对称失真，幅度相对小。但三次谐波是饱和失真，容易产生。三次谐波的小。但三次谐波是饱和失真，容易产生。三次谐波的互调谐波，通常位与信号带内，不能分离，如图所示。互调谐波，通常位与信号带内，不能分离，如图所示。互调信号常用互调信号常用PIMRPIMR表示，即三阶信号与基波的功表示，即三阶信号与基波的功率比。率比。第9页/共62页11OIP3 OIP3

9、 OIP3 OIP3 与与与与 P1dBP1dBP1dBP1dB非线性的二种表示方法：P1dB和OIP3第10页/共62页12IPIPIPIP3 3 3 3 与与与与 P P P P1dB1dB1dB1dB第11页/共62页13IIP3IIP3与与与与OIPOIP3 3GP1为线性增益，1 Po1为线性输出功率GP3为三阶信号增益,50%n n输出功率高，达数十瓦n n工作频率，几百MHz2GHz第30页/共62页32例例例例 Motorola MRF18030Motorola MRF18030第31页/共62页33输入输出特性输入输出特性输入输出特性输入输出特性第32页/共62页34Gain

10、,Power Output and EfficiencyGain,Power Output and Efficiency 第33页/共62页35功率管的封装功率管的封装功率管的封装功率管的封装第34页/共62页36功放的匹配和附加电路功放的匹配和附加电路功放的匹配和附加电路功放的匹配和附加电路第35页/共62页37印刷板图印刷板图印刷板图印刷板图第36页/共62页38功率控制电路功率控制电路功率控制电路功率控制电路第37页/共62页39EDGEEDGEEDGEEDGE调制调制调制调制3 3 3 3/8/8/8/8相移相移相移相移8PSK8PSK8PSK8PSK调制调制调制调制第38页/共62页

11、40EVMEVM定义定义定义定义与邻道干扰标准与邻道干扰标准与邻道干扰标准与邻道干扰标准第39页/共62页41EVMEVMn nError Vector Magnitude(EVM)method and are specified at a 7%limit for Error Vector Magnitude(EVM)method and are specified at a 7%limit for the entire base station.the entire base station.n nA good rule of thumb is to target a goal of no

12、more than 2%for any one A good rule of thumb is to target a goal of no more than 2%for any one signal transistor stage signal transistor stage n nEVM contribution only begins to occur at the upper end of the range.Part EVM contribution only begins to occur at the upper end of the range.Part of this

13、EVM value is fixed at around 1%and is solely tied to the source of this EVM value is fixed at around 1%and is solely tied to the source noise floor and the measurement limits of the test system.noise floor and the measurement limits of the test system.n nThe other EVM contributing factor is when the

14、 device approaches its The other EVM contributing factor is when the device approaches its natural power output limitation and starts to compress.The AM/AM natural power output limitation and starts to compress.The AM/AM distortion is the dominant contributor.distortion is the dominant contributor.n

15、 nOptimizing the test fixture for maximum P1dB and minimal gain variation Optimizing the test fixture for maximum P1dB and minimal gain variation with drive is critical for getting the maximum power output value from the with drive is critical for getting the maximum power output value from the tran

16、sistor.The part meets the targeted EVM value up until the 43.7dBm transistor.The part meets the targeted EVM value up until the 43.7dBm point or about 23W point or about 23W 第40页/共62页42EVM and EfficiencyEVM and Efficiency 第41页/共62页43Spectral Output and EfficiencySpectral Output and Efficiency 第42页/共

17、62页44测试设备测试设备测试设备测试设备第43页/共62页45(4)(4)集成功放集成功放集成功放集成功放n n多级级联多级级联n n内匹配电路内匹配电路n n控制电路，输出功率、增益控制电路，输出功率、增益第44页/共62页46放大器的级联放大器的级联放大器的级联放大器的级联当一级放大器的增益不够时，采用多级级联。要注意：当一级放大器的增益不够时，采用多级级联。要注意：n n每级间的匹配，频率响应每级间的匹配，频率响应 满足线性要求；满足线性要求；第45页/共62页47MRFIC0970 2GHz 34.5dBm 50%MRFIC0970 2GHz 34.5dBm 50%第46页/共62页

18、48功率开环功率开环功率开环功率开环控制电路控制电路控制电路控制电路第47页/共62页49MAXIM MAX2240MAXIM MAX2240for Bluetoothfor Bluetooth第48页/共62页50非线性的测量：交调特性非线性的测量：交调特性非线性的测量：交调特性非线性的测量：交调特性放大器的三阶交调：第49页/共62页51(5)(5)微波功率合成技术微波功率合成技术微波功率合成技术微波功率合成技术 采用二个3dB电桥，可以有效的实现功率合成，目前电桥成本低、体积小，损耗小，可以实用。该电路容易匹配，试分析原理。第50页/共62页52微波功率合成技术微波功率合成技术微波功率合

19、成技术微波功率合成技术第51页/共62页53功功功功率率率率合合合合成成成成电电电电路路路路第52页/共62页54PCPCPCPCB B B B图图图图第53页/共62页553 3 3 3、混频器、混频器、混频器、混频器 二极管混频器二极管混频器利用二极管的非线性特性利用二极管的非线性特性我们用低通滤波器取出中频，相乘项是关键，作乘法运算。我们用低通滤波器取出中频，相乘项是关键，作乘法运算。第54页/共62页56双平衡双平衡双平衡双平衡二极管混频器二极管混频器二极管混频器二极管混频器采用双平衡采用双平衡二极管混频器：二极管混频器：本振与信号隔离性能好本振与信号隔离性能好 变频损耗小变频损耗小

20、中频与射频的隔离性能好中频与射频的隔离性能好由二个变压器和四个二极管由二个变压器和四个二极管 电桥组成电桥组成隔离：变压器实现隔离：变压器实现 特点：动态范围大，但要求激励功率大特点：动态范围大，但要求激励功率大 噪声系数小噪声系数小第55页/共62页57混频器原理混频器原理混频器原理混频器原理中频在负载上同相叠加其他信号抵消第56页/共62页58双差分对平衡相乘器双差分对平衡相乘器双差分对平衡相乘器双差分对平衡相乘器可完成混频器作用，它还可用于调制、解调功能。可完成混频器作用，它还可用于调制、解调功能。隔离功能：靠平衡性实现。隔离功能：靠平衡性实现。第57页/共62页59例例例例 AD8345AD8345I/Q正交调制器第58页/共62页60AD831AD831混频器混频器混频器混频器第59页/共62页61AD831AD831AD831AD831性能性能性能性能本振功率小，有增益，匹配性能好，但噪声大，动态范围小第60页/共62页62集成混频器的匹配集成混频器的匹配集成混频器的匹配集成混频器的匹配MACOM MD59MACOM MD59第61页/共62页