7 conseils à connaître sur la conception d'un amplificateur à faible bruit FR

Le nouveau frontal RF passionnant La conception d'émetteurs-récepteurs radiofréquence (RF) hautes performances garantit la meilleure technologie de persuasion. D'une manière générale, si vous envisagez de l'améliorer uniquement en augmentant la largeur du transistor ou la tension d'alimentation, cela créera des problèmes de conception. Vous aurez peut-être besoin d'une plus grande taille de PCB, et il y aura plus de consommation d'énergie. Dans cet article, nous présenterons des conseils pour la structure de conception d'un amplificateur à faible bruit (LNA) pour les récepteurs/émetteurs-récepteurs RF.

Nous vous aiderons à produire des PCB LNA qui offrent des performances maximales en fonctionnant à faible puissance.

Concevoir un circuit amplificateur à faible bruit avec un faible bruit

Cela aiderait si vous proposiez des schémas d'amplificateurs à faible bruit innovants pour réduire sa consommation d'énergie et de tension. Un amplificateur à faible bruit amplifie la puissance du signal de l'antenne tout en s'assurant que le bruit est moindre. Cela fournirait suffisamment de gain pour surmonter le bruit des étages suivants.

Généralement, un schéma LNA a des blocs d'adaptation d'impédance d'entrée et de sortie avec un bloc d'amplification entre eux. Vous devez vous assurer de vérifier les contraintes de gain de votre frontal RF, puis de minimiser le bruit en conséquence. Par exemple, il peut y avoir une contrainte selon laquelle le gain maximal réalisable est de 20 dB à une fréquence radio de 2,4 GHz.

Nous vous recommandons de concevoir un amplificateur de bruit linéaire avec des inductances. Ils sont réactifs et ne feront donc aucun bruit dans votre PCB. C'est un fait que la résonance LC améliore toujours les performances de bruit et le gain du LNA.

Calculer le facteur de bruit et les métriques de performance de gain

Donc, nous venons de vous dire de garder le facteur de bruit du PCB bas. Mais comment s'assurer qu'il est bas ? Vous devrez dériver une formule et ensuite faire une analyse. Généralement, vous obtiendrez un chiffre de bruit et des mesures de performances pour vérifier l'activité de votre PCB LNA.

Habituellement, vous pouvez calculer le gain de n'importe quel circuit LNA en dérivant une formule qui inclut l'impédance de charge et la transconductance effective des transistors. Pour le facteur de bruit, vous pouvez utiliser la formule générale suivante pour l'analyse :

Utilisez le circuit imprimé d'amplificateur à faible bruit multicouche.

Il est important de noter que le circuit imprimé de l'amplificateur à faible bruit fonctionnerait en radiofréquence. Par conséquent, si vous concevez une disposition de PCB à 4 couches, elle conservera un plan de masse constant. Il permettra en outre le découplage RF distribué d'une zone d'alimentation CC entre deux couches principales du plan de masse.

La disposition PCB d'un schéma de circuit d'amplificateur à faible bruit nécessite un point de référence RF commun. Il s'agit d'un point de masse RF pour tous les signaux RF provenant d'un port d'entrée ou de sortie. En ajoutant une masse commune, vous vous assurerez que tous les points sont au même potentiel.

Dans une conception de circuit imprimé à 4 couches, vous pouvez définir un plan d'alimentation, deux plans de masse et une couche de trace de circuit. De plus, il serait utile de concevoir de manière adéquate la forme et la largeur des pistes de cuivre. Cela réduira l'inductance, la capacité et la résistance distribuées dans le circuit amplificateur à faible bruit.

Un PCB à 4 couches vous permettra également d'obtenir une taille gérable d'une ligne microruban. Une ligne microruban est un coureur métallique hautement conducteur sur un PCB de gamme RF. Vous pouvez contacter le fabricant du circuit imprimé pour calculer des paramètres tels que la constante diélectrique, les poids du cuivre, les données sur les matériaux, l'épaisseur du noyau et l'empilement de couches standard. Grâce à ces informations, vous pouvez facilement adapter la ligne microruban à la valeur d'impédance requise. Enfin, il serait utile de concevoir des traces de polarisation complètes pour réduire la résistance du chemin.

Utiliser des dispositifs de montage en surface dans un circuit imprimé d'amplificateur à faible bruit

La technologie de montage en surface est un moyen de monter directement les composants électriques sur une carte de circuit imprimé. Si vous utilisez des dispositifs de montage en surface, vous obtiendrez des pistes de cuivre plus courtes et des tailles de PCB d'amplificateur de bruit plus petites. Et, dans un circuit RF, cela réduira la résistance et la capacité parasites.

De plus, il serait utile de garder les connexions entre les composants de montage en surface et la terre courtes. C'est pour diminuer l'impédance. Vous pouvez également le faire en concevant deux ou trois vias parallèles sur le plan de masse.

Un autre point critique est de définir la plage de température de test de votre circuit amplificateur à faible bruit. Vos composants de montage en surface doivent pouvoir fonctionner dans cette plage de températures. De plus, vous pouvez utiliser des prises bananes pour les connexions de tension de polarisation, de masse et d'alimentation. Pour obtenir la connectivité RF, vous pouvez utiliser des connecteurs SMA dans votre circuit imprimé d'amplificateur à faible bruit. En plus d'être de petite taille, ils offrent une large gamme de fréquences et une grande fiabilité.

Amplificateur à faible bruit - Sélectionnez un matériau PCB approprié pour le circuit d'amplificateur à faible bruit

Un matériau PCB acceptable peut aider à la conception de votre amplificateur à faible bruit. Il atténuera le niveau de chaleur sur les contraintes de l'amplificateur telles que le facteur de bruit et le gain. Dans l'ensemble, la sélection de PCB peut apporter une contribution significative au niveau de performance ultime de votre conception LNA.

Il serait utile que vous preniez en compte diverses propriétés de matériaux de PCB en tant que candidats à la conception d'un amplificateur à faible bruit. Ces paramètres incluent le facteur de dissipation (Df), la constante diélectrique (DK ou εr), la conductivité thermique, le coefficient de température de Dk et la tolérance d'épaisseur du substrat.

Par exemple, vous devez réguler strictement le Dk du matériau PCB dans tout le matériau pour obtenir une adaptation d'impédance rigide. Cela aiderait si vous l'aviez souvent pour garder des chiffres de bruit d'amplificateur faibles. De plus, le coefficient de température de la constante diélectrique (Tc Dk) affecte également ces chiffres de bruit et ces réseaux d'adaptation d'impédance.

Amplificateur à faible bruit - Concevez votre circuit imprimé en fonction des exigences des signaux haute fréquence

Rappelez-vous toujours que vous avez affaire à des signaux haute fréquence dans votre petit circuit amplificateur de bruit. Le PCB fonctionnera dans la gamme de fréquences radio, vous devez donc le concevoir en conséquence. Comme nous l'avons déjà évoqué, il est nécessaire d'utiliser une carte multicouche pour réduire les interférences. Le bruit d'une carte à quatre couches est inférieur de 20 dB à celui d'une carte à double panneau avec le même matériau. Dans le même temps, cependant, on craint également que la production ne soit plus compliquée. Le coût serait plus élevé et vous auriez besoin de l'expertise nécessaire pour concevoir la disposition du circuit imprimé.

Les signaux RF dans le circuit amplificateur à faible bruit ne doivent pas développer de boucle pendant le câblage. Si vous ne pouvez pas l'éviter, vous pouvez vous assurer de le garder aussi petit que possible. Vous devez également faire attention à la diaphonie, qui peut se développer à une distance proche des lignes de signal parallèles. La diaphonie est le signal de bruit indésirable parmi les signaux RF en raison de l'interférence des champs électromagnétiques à proximité.

Il existe différentes méthodes pour éviter la diaphonie. Vous pouvez essayer de connecter les lignes parallèles d'un calque en perpendiculaire et les différents calques. En outre, vous devez utiliser un plus petit nombre de vias dans la conception de votre amplificateur à faible bruit. Cela augmentera la vitesse et réduira les erreurs de données. Enfin, veuillez garder les fils entre les broches plus courts. C'est pour éviter le couplage avec les composants en raison de câbles de signal RF plus longs.

Réalisez un circuit d'adaptation d'impédance rigide de votre amplificateur à faible bruit

Cela aiderait si vous essayiez d'obtenir un circuit d'adaptation d'impédance rigide pour votre amplificateur à faible bruit. Il tient compte des performances de bruit optimales, du filtrage et offre une stabilité d'entrée et de sortie. Les éléments passifs tels que les résistances, les lignes à bande, les condensateurs et les inductances constituent le circuit d'adaptation.

Les tolérances du matériau PCB telles que l'épaisseur du cuivre et les tolérances de largeur du conducteur influencent ce circuit. S'il y a des problèmes liés à la fabrication du circuit, cela influencera également vos circuits d'adaptation d'impédance. La taille de ces tolérances dépend de la conception spécifique du système LNA.

Par exemple, la tolérance d'épaisseur de cuivre a un impact plus important sur les structures de couplage, comme les circuits coplanaires.

D'autre part, l'influence sur la largeur et l'épaisseur du conducteur de circuit du substrat est concernée. Les canaux plus fins affichent un ajustement d'impédance plus important que les canaux plus épais pour une augmentation de la largeur du conducteur.

La tolérance DK est un autre paramètre pour les PCB, qui peut influencer vos réseaux d'adaptation d'impédance requis dans les conceptions LNA.

Résumé

Voici donc quelques conseils que vous pouvez suivre pour concevoir correctement votre circuit amplificateur à faible bruit. Vous avez besoin des réseaux d'adaptation d'impédance, du matériel PCB, des couches PCB, des circuits de polarisation, du facteur de bruit et du gain appropriés. Vous pouvez garantir une conception de qualité en concevant votre circuit imprimé d'amplificateur à faible bruit conformément aux exigences des signaux de fréquence RF.

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