Fázový šum je kritickým parametrom pri návrhu a výkone zosilňovačov s nízkym fázovým šumom (LPNA). Vzťahuje sa na krátkodobé výkyvy vo fáze signálu, ktoré môžu výrazne zhoršiť výkon komunikačných systémov, radarových systémov a iných RF aplikácií. Rôzne topológie zosilňovačov môžu mať zásadný vplyv na charakteristiky fázového šumu LNA. Ako popredný dodávateľ zosilňovačov s nízkym fázovým šumom máme hlboké znalosti a skúsenosti s pochopením toho, ako tieto topológie ovplyvňujú fázový šum.
Bežné topológie zosilňovačov a ich vplyv na fázový šum
Common - Source Amplifier
Bežný - zdrojový zosilňovač je jednou z najzákladnejších topológií zosilňovača. V konfigurácii so spoločným zdrojom sa vstupný signál privádza na hradlo tranzistora a výstup sa odoberá z kolektora. Táto topológia ponúka zosilnenie vysokého napätia, čo je výhodné na zosilnenie slabých signálov. Výkon fázového šumu však ovplyvňuje niekoľko faktorov.
Hluk generovaný samotným tranzistorom je hlavným prispievateľom k fázovému šumu. V zosilňovači so spoločným zdrojom môže tepelný šum odporu kanála tranzistora a šum blikania spôsobiť kolísanie fázy výstupného signálu. Čím vyšší je zisk zosilňovača, tým viac sú tieto zdroje hluku zosilnené, čo môže viesť k vyššiemu fázovému šumu. Okrem toho hrá úlohu aj impedancia záťaže a podmienky predpätia. Správna voľba impedancie záťaže môže pomôcť minimalizovať príspevok hluku a zlepšiť výkon fázového šumu.
Spoločné - Emitorový zosilňovač
Podobne ako zosilňovač so spoločným zdrojom vo svete MOSFET, zosilňovač so spoločným emitorom je široko používaný v obvodoch s bipolárnymi prechodovými tranzistormi (BJT). Vstupný signál sa privádza na základňu a výstup sa odoberá z kolektora. Zosilňovač so spoločným emitorom poskytuje vysoký prúdový zisk a mierne napäťové zosilnenie.
Fázový šum v zosilňovači so spoločným emitorom je ovplyvnený šumom spojenia báza - emitor a šumom kolektorového prúdu. Blikajúci šum, ktorý je výraznejší pri nízkych frekvenciách, môže byť významným zdrojom fázového šumu. Predpätie tranzistora je rozhodujúce; nesprávne predpätie môže zvýšiť hladinu hluku a znížiť výkon fázového šumu. Napríklad, ak je kolektorový prúd príliš vysoký, výstrelný šum v kolektorovom prúde môže prispieť k zvýšenému fázovému šumu.
Cascode zosilňovač
Kaskádový zosilňovač je kombináciou spoločného zdrojového (alebo spoločného - emitorového) zosilňovača a spoločného - hradla (alebo spoločnej - bázy) zosilňovača. Táto topológia ponúka niekoľko výhod oproti jednostupňovým zosilňovačom, vrátane vyššieho zisku, lepšej izolácie medzi vstupom a výstupom a zlepšenej šírky pásma.
Pokiaľ ide o fázový šum, kaskádový zosilňovač môže znížiť Millerov efekt, ktorý je hlavnou príčinou fázového posunu a šumu v jednostupňových zosilňovačoch. Znížením Millerovej kapacity môže kaskádový zosilňovač zlepšiť vysokofrekvenčný výkon a znížiť fázový šum. Stupeň so spoločným hradlom (alebo so spoločnou základňou) funguje ako vyrovnávacia pamäť, ktorá izoluje vstupný stupeň od výstupného zaťaženia, čo pomáha minimalizovať hlukovú väzbu a zlepšiť celkové charakteristiky fázového šumu.
Diferenciálny zosilňovač
Diferenciálne zosilňovače sú široko používané v RF obvodoch kvôli ich schopnosti odmietnuť bežný režim šumu. V diferenciálnom zosilňovači sú dva vstupné signály zosilnené rozdielne a výstup je rozdiel medzi dvoma zosilnenými signálmi.
Výkon fázového šumu diferenciálneho zosilňovača je ovplyvnený zhodou medzi dvoma vstupnými tranzistormi a pomerom odmietnutia spoločného režimu (CMRR). Ak sú tranzistory dobre zladené, je možné efektívne eliminovať bežný režim šumu, čo má za následok nižší fázový šum. Akýkoľvek nesúlad medzi tranzistormi však môže spôsobiť dodatočný šum a zhoršiť výkon fázového šumu.
Vplyv výberu komponentov na fázový šum v rôznych topológiách
Výber komponentov v obvode zosilňovača má tiež významný vplyv na fázový šum. Napríklad kvalita tranzistorov použitých v zosilňovači môže výrazne ovplyvniť fázový šum. Vysokokvalitné tranzistory s nízkymi hodnotami šumu môžu pomôcť znížiť celkový fázový šum zosilňovača.
Dôležitými komponentmi sú aj kondenzátory a induktory. Parazitná kapacita a indukčnosť týchto komponentov môže spôsobiť fázové posuny a šum. Napríklad v zosilňovači so spoločným zdrojom môže kapacita hradla a zdroja spôsobiť fázový posun vo vstupnom signáli, čo môže prispieť k fázovému šumu. Použitie vysokokvalitných komponentov s nízkym obsahom parazitov môže pomôcť minimalizovať tieto účinky.
Praktické úvahy pri navrhovaní nízkofázových zosilňovačov hluku
Pri navrhovaní zosilňovača s nízkym fázovým šumom je potrebné vziať do úvahy niekoľko praktických úvah. Po prvé, stabilita napájania je kľúčová. Hlučný napájací zdroj môže vniesť do obvodu zosilňovača dodatočný šum, čo vedie k zvýšenému fázovému šumu. Použitie správneho filtrovania a regulácie napájacieho zdroja môže pomôcť znížiť šum napájacieho zdroja.
Po druhé, je dôležité rozloženie obvodu zosilňovača na doske s plošnými spojmi (PCB). Umiestnenie komponentov, smerovanie stôp a schéma uzemnenia môžu ovplyvniť fázový šum. Napríklad udržiavanie oddelených vstupných a výstupných stôp môže pomôcť znížiť prepojenie medzi nimi a minimalizovať hluk.
Naša ponuka produktov
Ako dodávateľ zosilňovačov s nízkym fázovým šumom ponúkame širokú škálu produktov, ktoré spĺňajú rôzne aplikačné požiadavky. nášRF ovládač zosilňovačaje navrhnutý tak, aby poskytoval vysoký zisk a nízky fázový šum pre riadenie RF výkonových zosilňovačov. Je vhodný pre aplikácie, ako sú bezdrôtové komunikačné systémy a radarové systémy.
nášVysokoúčinný RF výkonový zosilňovačkombinuje vysokú energetickú účinnosť s nízkym fázovým šumom. Tento produkt je ideálny pre aplikácie, kde je problémom spotreba energie, ako sú mobilné zariadenia a prenosné komunikačné systémy.
Ponúkame tiežUltra nízkošumový zosilňovač, ktorý je špeciálne navrhnutý tak, aby poskytoval extrémne nízky fázový šum pre aplikácie, ktoré vyžadujú vysoko presné zosilnenie signálu, ako je vedecký výskum a špičkové komunikačné systémy.
Záver a výzva na akciu
Na záver, fázový šum zosilňovača s nízkym fázovým šumom veľmi závisí od topológie zosilňovača, výberu komponentov a praktických konštrukčných úvah. Rôzne topológie zosilňovačov majú svoje výhody a nevýhody, pokiaľ ide o fázový šum. Pochopením týchto faktorov môžeme navrhnúť a vyrobiť zosilňovače s nízkym fázovým šumom, ktoré spĺňajú prísne požiadavky rôznych aplikácií.
Ak máte záujem o naše produkty zosilňovačov s nízkym fázovým šumom alebo máte akékoľvek otázky týkajúce sa fázového šumu a konštrukcie zosilňovača, pozývame vás, aby ste nás kontaktovali pre ďalšiu diskusiu a prípadné obstarávanie. Náš tím odborníkov je pripravený pomôcť vám nájsť najlepšie riešenie pre vaše špecifické potreby.
Referencie
- Razavi, B. (2017). Návrh analógových integrovaných obvodov CMOS. McGraw - Hill Education.
- Gonzalez, G. (2016). Mikrovlnné tranzistorové zosilňovače: Analýza a návrh. Pearson.
- Požár, DM (2012). Mikrovlnné inžinierstvo. Wiley.