生产实习报告低噪声放大器汇总.docx

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生产实习报告低噪声放大器汇总

规格严格、功夫到家

生产实习报告

题目：

低噪声放大器

姓名：

热心学长

学号：

1102501**

组员：

陈大哥、董小姐、陈小姐

哈尔滨工业大学（威海）

信息与电气工程学院电子信息工程系

一．系统分析

1.系统背景

低噪声放大器的主要作用是放大天线从空中接收到的微弱信号，减少噪声干扰，以供系统解调出所需的信息数据。

一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，以及高灵敏度电子探测设备的放大电路。

在放大微弱信号的场合，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此希望减小这种噪声，以提高输出的信噪比。

输入和输出端的阻抗匹配和噪声匹配是实现高增益和低噪声的关键。

现代的低噪音放大器不仅要在一个窄带范围内实现阻抗匹配，新的应用（如超宽带技术）的出现也要求其能够在非常宽的频率范围内（典型的频带宽度为3.1-10.6GHz）实现阻抗匹配和噪音匹配。

随着移动通信、全球定位、无线局域网和射频识别等领域技术的不断发展，射频前端技术已经成为通信和电子领域的一个关键技术，引起了广泛的关注。

低噪声放大器位于射频接收系统的前端，其主要功能是将来自天线的小信号进行放大，前级放大器的稳定性、噪声系数、失配和增益对射频接收系统影响很大，需要有提高射频低噪声放大器综合性能的设计方法。

现在对射频低噪声放大器的研究，主要集中在给定指标下射频电路的设计，基本思想是通过添加集总参数或混合参数匹配网络，实现增益、噪声和稳定性等参数指标。

本文提出了一种射频低噪声放大器的设计方法，采用分布参数匹配网络实现射频低噪声放大器，并基于SP模型和pb模型，讨论了单支节匹配对放大器性能的改善情况，为射频低噪声放大器的设计提出了一种新的途径。

2.系统组成

单级射频放大器的组成如图1所示，包括射频晶体管放大电路和输入、输出匹配网络三部分。

图1单级射频放大器的组成

3.实施方案

晶体管的功率增益在频率高端随着频率的增加以6dB/倍频程下降,因此设计宽带放大器时必须使用相应的方法补偿此增益下降,且保证整个频带内的稳定性,所以要考虑宽频带阻抗匹配及选择恰当的电路形式。

宽带放大器有以下几种:

①分布放大器;

②平衡放大器;

③有耗匹配放大器;

④负反馈放大器。

通过比较,虽然负反馈放大器各个特性的改良是以略微增加噪声为代价的,但这种电路形式仍不失为在研究的频段内综合效果最优的方法,因此采用负反馈形式。

负反馈设计方案如图2所示,它往往会改善输入匹配S11、输出匹配S22,提高S21增益平坦度,提高管芯的稳定性,同时保证反馈回路引入的噪声控制在要求以内。

4.设计步骤

一般来说,一个低噪声放大器可按如下步骤设计:

①选择器件,器件的噪声系数应低于设计值,而增益（可以级联）应高于设计值;

②计算器件的稳定因子K;

③如果K>1,则选择和设计包括偏置电路在内的输入和输出匹配电路;

④如果K<1,则在反射平面上给出不稳定区域,并选择和设计能避开不稳定区域的匹配网路;

⑤利用分析的方法或计算机辅助设计（CAD）手段来计算放大器的性能,检验放大器在带内和带外的稳定性。

低噪声放大器的主要性能指标包括:

工作带宽、噪声系数、增益、增益平坦度、1dB压缩点P-1等,这些指标中噪声系数和增益对整个系统的影响较大。

二．具体实现

1.系统框图

低噪声射频放大器的电路原理图如下：

图2低噪放原理图

2.硬件实现

硬件实现电路图如下：

图3硬件电路图

其中，将要用到的元器件主要有：

100pF电容（7片）：

C1C5C7C8C9C10C11，主要用于滤波电路；

1uF电容（2片）：

C3C6；

10uF电容（4片）：

C2C4C12C13；

68pF电容（1片）：

C1，扼制直流电流通过；

510Ω电阻（1片）：

R1，降压电阻，防止电流过大；

680Ω电阻（4片）：

R10R11R6R7；

110Ω电阻（1片）：

R8；

36Ω电阻（1片）：

R13；

5.6Ω电阻（3片）：

R5R9R12；

330Ω电阻（1片）：

R4；

10nH电感（1片）：

L1，构成谐振电路；

85nH电感（1片）：

L2，构成谐振电路；

稳压器7805（1片），保证电压稳定。

3.软件实现及仿真分析

在硬件实现之前，对实施方案做软件测试是有必要也是很关键的一步。

应用ADS软件实现LNA的软件仿真，确定最佳工作状态的元件参数指标，为硬件实现提供参考。

软件仿真实现过程和结果如下。

（1）晶体管直流工作点扫描

晶体管直流工作点电路原理图：

I-V特性曲线扫描结果：

（2）晶体管S参数扫描

晶体管S参数扫描原理图：

S参数仿真结果：

S参数随频率变化曲线：

以db形式给出的S11参数随频率变化关系：

nf

（2）参数随频率变化曲线：

（3）输入阻抗设计

输入阻抗测试原理图：

Zn1与频率的关系：

匹配网络的子电路：

匹配后的电路原理图

Zin1参数随频率变化表

三．测试结果分析

1.测试数据

（1）阻抗匹配测量

测量结果如下

第一级放大器：

（相对-20dbm基准）

1.92GHz-20dBm反馈损耗0dBm

1.95GHz-20dBm反馈损耗0dBm

1.98GHz-20dBm反馈损耗0dBm

第二级放大器：

1.92GHz-17dBm反馈损耗3dBm

1.95GHz-15dBm反馈损耗5dBm

1.98GHz-19dBm反馈损耗1dBm

（2）放大器增益与频率特性测量

测量结果如下：

第一级放大器：

（相对-20dbm基准）

1.92GHz10dBm

1.95GHz11dBm

1.98GHz12dBm

第二级放大器：

1.92GHz22dBm

1.95GHz26dBm

1.98GHz29dBm

2.数据分析

（1）对第一组阻抗匹配测量的数据进行分析，可以得出结论：

通过测量分离出来的反射信号的强度来看阻抗匹配的程度，此处一级和二级放大器的反馈损耗相差无几。

但是总体来说二级放大器的反馈损耗稍大一点，相对而言匹配效果好一点。

（2）将放大器增益与频率特性测量的数据作一下简单处理，可以发现：

一级放大器和二级放大器的测量曲线都较为平缓，变化范围不大，二级放大器较一级增益高，约呈现两倍关系。

3.仿真数据和测试数据对比

仿真结果和硬件测试结果存在一些偏差，但由于测试过程中会引入一定误差，且制作过程中也存在一些误差，所以在误差允许范围内，两种途径得到的数据基本一致。

4.总结

硬件测试的结果说明本次生产实习的低噪声放大器的任务基本完成。

通过本次生产实习，我们学会了小型硬件电路制作的一般过程，掌握了用软件仿真电路的基本方法，锻炼了动手能力和把理论运用于实践的能力，在很多方面都有很大收获。

四．视频学习心得体会

在完成生产实习的时候，通过生产实习任务书中的视频网络地址我观看了一个只有两分钟左右的视频短片，名为“从沙子到芯片，Intel英特尔处理器制作过程”。

这是一部3D动画短片，展示了一个小小的Intel英特尔处理的制作过程：

从砂砾经过提取融化凝成等处理制作成晶片载体，再通过后续的一系列精心的工业化处理成最终制作成了销往全球的Intel英特尔处理。

芯片制造需要半导体材料作为衬底，而硅是一种在地球上大量存在，且性能又非常理想的半导体材料，硅可以从沙子等廉价原材料中获取。

将硅原料在高温下提炼分离，冷却后形成多晶硅块。

制造硅片的材料对纯净度的要求非常高，而且出于大批量生产的要求，多晶硅被加工成单晶硅。

多晶硅块在一种叫“单晶炉”的设备中经过高温及硅子晶的提拉和冷却后，形成一根很粗的圆柱体---单晶硅棒。

单晶硅棒被打磨至所需的直径后，切割成很多厚度和信用卡一样薄片---晶圆片，经过研磨及抛光，成为制作芯片的衬底材料。

处理好的硅晶圆通过外延生长，离子注入，快速退火，薄膜沉积，光刻，薄膜去除等基本工艺的反复加工，在它上面形成晶体管的基本部件。

然后通过薄膜沉积，光刻，薄膜去除以及电镀及化学抛光等基本工艺的反复加工，用金属材料将晶体管的各个部分连接起来，最后行程具有特定功能的芯片。

由于制造工艺对于线宽的要求都是在千万分之一米的量级，所以在整个过程中，每道工序的完整无误相当重要，有多种先进的度量和检测的方法进行控制。

完成全部加工步骤后，晶圆片会被切割成单个芯片。

然后进行在测试及封装成各种形式的芯片，运往世界各地，并被用于我们日常使用的电子设备和装置中。

看完视频很震撼和感叹，这是一个神奇的过程，普通人很难想象沙子竟然能通过人类的智慧在工业上的精细发挥和在集成电子开发设计最终化为名为“Intel英特尔处理”的芯片。

不由被人类的智慧所折服，被科学的魅力所倾心，只有想不到，没有做不到。

科学的发展必将造福越来越多的人类！