7 consejos que debe saber sobre el diseño del amplificador de bajo ruido FR

El nuevo y emocionante interfaz RF El diseño de transceptores de radiofrecuencia (RF) de alto rendimiento garantiza la mejor tecnología persuasiva. En términos generales, si planea mejorarlo solo aumentando el ancho del transistor o el voltaje de la fuente de alimentación, creará problemas de diseño. Es posible que necesite un tamaño más grande de PCB y habrá un mayor consumo de energía. En este artículo, presentaremos consejos para la estructura de diseño de un amplificador de bajo ruido (LNA) para receptores/transceptores de RF.

Lo ayudaremos a producir PCB LNA que brinden el máximo rendimiento al operar a baja potencia.

Diseño de circuito amplificador de bajo ruido con figura de bajo ruido

Sería útil si se le ocurrieran esquemas innovadores de amplificadores de bajo ruido para disminuir su consumo de energía y voltaje. Un amplificador de bajo ruido amplifica la potencia de la señal de la antena mientras se asegura de que el ruido sea menor. Proporcionaría suficiente ganancia para superar el ruido de las siguientes etapas.

Generalmente, un esquema LNA tiene bloques de adaptación de impedancia de entrada y salida con un bloque de amplificación entre ellos. Debe asegurarse de verificar las restricciones de ganancia de su interfaz de RF y luego minimizar la figura de ruido en consecuencia. Por ejemplo, puede haber una restricción de que la ganancia máxima alcanzable sea de 20 dB a una radiofrecuencia de 2,4 GHz.

Le recomendamos que diseñe un amplificador de ruido lineal con inductores. Son reactivos y, por lo tanto, no generarán ningún ruido en su PCB. Es un hecho que la resonancia LC siempre mejora el rendimiento de ruido y la ganancia de LNA.

Calcular la cifra de ruido y obtener métricas de rendimiento

Entonces, le acabamos de decir que mantenga baja la figura de ruido de PCB. Pero, ¿cómo puede asegurarse de que sea bajo? Deberá derivar una fórmula y luego hacer un análisis. Por lo general, obtendrá una cifra de ruido y obtendrá métricas de rendimiento para verificar la actividad de su PCB LNA.

Por lo general, puede calcular la ganancia de cualquier circuito LNA derivando una fórmula que incluye la impedancia de carga y la transconductancia efectiva de los transistores. Para la figura de ruido, puede usar la siguiente fórmula general para el análisis:

Utilice la PCB amplificadora de bajo ruido multicapa.

Es importante tener en cuenta que el PCB del amplificador de bajo ruido estaría trabajando en radiofrecuencia. Por lo tanto, si va a diseñar un diseño de PCB de 4 capas, mantendrá un plano de tierra constante. Además, permitirá el desacoplamiento de RF distribuido de un área de alimentación de CC entre dos capas principales del plano de tierra.

El diseño de PCB de un esquema de circuito amplificador de bajo ruido requiere un punto de referencia de RF común. Es un punto de tierra de RF para todas las señales de RF de un puerto de entrada o salida. Al agregar un terreno común, se asegurará de que todos los puntos tengan el mismo potencial.

En un diseño de PCB de 4 capas, puede configurar un plano de potencia, dos planos de tierra y una capa de traza de circuito. Además, ayudaría si diseñara adecuadamente la forma y el ancho de las pistas de cobre. Disminuirá la inductancia, la capacitancia y la resistencia distribuidas en el circuito amplificador de bajo ruido.

Una PCB de 4 capas también le permitirá obtener un tamaño manejable de una línea microstrip. Una línea microstrip es un corredor metálico altamente conductivo en una PCB de rango de RF. Puede ponerse en contacto con el fabricante de PCB para calcular parámetros como la constante dieléctrica, los pesos de cobre, los datos del material, el grosor del núcleo y la pila de capas estándar. Con esta información, puede hacer coincidir sin esfuerzo la línea microstrip con el valor de impedancia requerido. Finalmente, ayudaría si diseñara trazas de polarización completas para reducir la resistencia de la ruta.

Usar dispositivos de montaje en superficie en PCB amplificador de bajo ruido

La tecnología de montaje en superficie es una forma en la que monta directamente los componentes eléctricos en una placa de circuito impreso. Si utiliza dispositivos de montaje en superficie, obtendrá trazas de cobre más cortas y tamaños de PCB de amplificador de ruido más pequeños. Y, en un circuito de RF, reducirá la resistencia parásita y la capacitancia.

Además, ayudaría si mantuviera cortas las conexiones entre los componentes de montaje en superficie y la conexión a tierra. Es para disminuir la impedancia. También puede hacerlo diseñando dos o tres vías paralelas en el plano de tierra.

Otro punto crítico es definir el rango de temperatura de prueba de su circuito amplificador de bajo ruido. Sus componentes de montaje en superficie deben poder funcionar dentro de este rango de temperatura. Además, puede usar conectores tipo banana para conexiones de voltaje de polarización, conexión a tierra y fuente de alimentación. Para obtener la conectividad de RF, puede usar conectores SMA en su PCB amplificador de bajo ruido. Además de ser de pequeño tamaño, ofrecen un amplio rango de frecuencias y una alta fiabilidad.

Amplificador de bajo ruido:seleccione un material de PCB adecuado para el circuito del amplificador de bajo ruido

Un material de PCB aceptable puede ayudar al diseño de su amplificador de bajo ruido. Mitigará el nivel de calor en las restricciones del amplificador, como la figura de ruido y la ganancia. En conjunto, la selección de PCB puede contribuir significativamente al nivel de rendimiento final de su diseño LNA.

Sería útil si considerara varias propiedades del material de PCB como un candidato de diseño para un amplificador de bajo ruido. Estos parámetros incluyen el factor de disipación (Df), la constante dieléctrica (DK o εr), la conductividad térmica, el coeficiente de temperatura de Dk y la tolerancia del grosor del sustrato.

Por ejemplo, debe regular estrictamente el Dk del material de PCB en todo el material para lograr una adaptación de impedancia rígida. Sería útil si lo tuviera a menudo para mantener bajas las cifras de ruido del amplificador. Además, el coeficiente de temperatura de la constante dieléctrica (Tc Dk) también afecta estas cifras de ruido y las redes de adaptación de impedancia.

Amplificador de bajo ruido:diseñe su PCB de acuerdo con los requisitos de las señales de alta frecuencia

Recuerde siempre que está tratando con señales de alta frecuencia en su circuito amplificador de ruido pequeño. La PCB operará en el rango de radiofrecuencia, por lo que debe diseñarla en consecuencia. Como ya hemos comentado, es necesario utilizar una placa multicapa para reducir las interferencias. El ruido de una placa de cuatro capas es 20 dB menor que el de una placa de doble panel del mismo material. Al mismo tiempo, sin embargo, también existe la preocupación de que la producción sea más complicada. El costo sería más alto y necesitaría la experiencia para diseñar el diseño de PCB.

Las señales de RF en el circuito del amplificador de bajo ruido no deben desarrollar un bucle durante el cableado. Si no puede evitarlo, puede asegurarse de mantenerlo lo más pequeño posible. También debe prestar atención a la diafonía, que puede desarrollarse a corta distancia de las líneas de señal paralelas. La diafonía es la señal de ruido indeseable entre las señales de RF debido a la interferencia de los campos electromagnéticos cercanos.

Existen diferentes métodos para evitar la diafonía. Puede intentar conectar las líneas paralelas en una capa en perpendicular y las diferentes capas. Además, debe usar un número menor de vías en el diseño de su amplificador de bajo ruido. Aumentará la velocidad y disminuirá los errores de datos. Finalmente, mantenga los cables entre los pines más cortos. Es para evitar el acoplamiento con los componentes debido a cables de señal de RF más largos.

Consiga un circuito de adaptación de impedancia rígido de su amplificador de bajo ruido

Sería útil si intentara obtener un circuito rígido de adaptación de impedancia para su amplificador de bajo ruido. Tiene en cuenta el rendimiento óptimo del ruido, el filtrado y proporciona estabilidad de entrada y salida. Los elementos pasivos, como resistencias, líneas de tira, condensadores e inductores, forman el circuito correspondiente.

Las tolerancias del material de la PCB, como el grosor del cobre y las tolerancias del ancho del conductor, influyen en este circuito. Si hay algún problema relacionado con la fabricación del circuito, también influirá en sus circuitos de adaptación de impedancia. El tamaño de estas tolerancias depende del diseño específico del sistema LNA.

Por ejemplo, la tolerancia del grosor del cobre tiene un impacto más significativo en las estructuras de acoplamiento, como los circuitos coplanares.

Por otro lado, se refiere a la influencia en el ancho y espesor del conductor del circuito del sustrato. Los canales más delgados muestran un ajuste de impedancia más significativo que los cursos más gruesos para un aumento en el ancho del conductor.

La tolerancia DK es otro parámetro para PCB, que puede influir en las redes de adaptación de impedancia requeridas en los diseños de LNA.

Resumen

Entonces, estos son algunos consejos que puede seguir para diseñar correctamente su circuito amplificador de bajo ruido. Necesita las redes de coincidencia de impedancia, el material de PCB, las capas de PCB, los circuitos de polarización, la figura de ruido y la ganancia correctos. Puede garantizar un diseño de calidad diseñando su PCB amplificador de bajo ruido de acuerdo con los requisitos de las señales de frecuencia de RF.

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