Версия 20:09, 23 ноября 2013

Разработка малошумящего усилителя и исследование его параметров

Введение

Беспроводные технологии быстро становятся общепринятым стандартом, который оказывает всестороннее влияние на нашу жизнь. К настоящему времени люди уже привыкли к

таким устройствам, как GPS-навигаторы, мобильные телефоны, беспроводные модемы и многие другие. Неотъемлемая часть любого устройства с беспроводной связью – приемник сигналов. Упрощенная блок-схема высокочастотного (ВЧ) приемника приведена на рисунке 1.

Рис.1. Упрощенная блок-схема ВЧ-приемника

Одним из блоков ВЧ-приемника является малошумящий усилитель (МШУ). Задачей МШУ является предварительное усиление сигнала, поступающего на антенну приемника, до

величины, необходимой для дальнейшей его обработки, с минимальным внесением в сигнал искажений и шумов.[1, с.166-170].

В данной работе описан процесс разработки малошумящего усилителя на МОП-транзисторах, изготовленных по технологии SMIC 0.18 мкм.Разрабатываемое устройство является

частью GPS-приемника, который работает в диапазоне частот 1550-1610 МГц. В данной полосе частот коэффициент усиления по мощности МШУ больше 20 дБ, коэффициент шума меньше 1 дБ. Потребляемая мощность усилителя менее 4 мВт.

Основные параметры малошумящего усилителя

К основным параметрам МШУ относятся:

• коэффициент усиления
• коэффициент шума
• параметры, определяющие линейность преобразования:

1. точка компрессии по входу МШУ
2. точка интермодуляции третьего порядка

• ток потребления

Коэффициент шума характеризует уровень искажений случайного характера, вносимых в сигнал при его прохождении через приемный тракт. Согласно формуле Фриза (1),

приведенной в работе [2, c.40-41], коэффициент шума всего приемного тракта определяется в первую очередь коэффициентом шума первого каскада, то есть малошумящего усилителя.

где – коэффициент шума приемного тракта, – коэффициент шума i-го каскада (i=1,2...), – коэффициент усиления по мощности i-го каскада. Из формулы (1) следуют два важных требования к МШУ — низкий коэффициент шума и высокий коэффициент усиления по мощности. В работе [3, с.5-7] выведена формула (2), из которой следует, что для повышения линейности преобразования сигнала необходимо уменьшать коэффициент усиления по мощности малошумящего усилителя.

где – точка интермодуляции по входу блока приемника, – коэффициент усиления по мощности i-го каскада. В формуле (2) и выражены в разах, а не в децибелах.

Физический смысл интермодуляционных составляющих третьего порядка виден на рисунке 2:

Рис. 2 Интермодуляционные составляющие (ИС) второго и третьего порядков, возникающие при подаче на вход приемника двух синусоидальных сигналов равного уровня с частотами f1 и f2 соответственно

Таким образом, при разработке МШУ возникает ряд противоречий:

1. Для увеличения коэффициента усиления необходимо увеличивать ток стока активного транзистора, что приводит к увеличению тока потребления устройства.
2. Увеличение коэффициента усиления приводит к уменьшению точки компрессии по входу усилителя, а, следовательно, к ухудшению линейности преобразования сигнала.
3. Для улучшения параметров линейности необходимо уменьшать коэффициент усиления, что приводит к увеличению коэффициента шума усилителя.

В связи с этим не существует универсального схемотехнического решения малошумящего усилителя и для каждого приемника необходимо разрабатывать схему МШУ,

соответствующую требованиям технического задания.

Разработка малошумящего усилителя

Схема разработанного малошумящего усилителя приведена на рисунке 3.

Рис.3. Разработанная схема МШУ

Заключение