7 conseils essentiels pour la conception d'amplificateurs RF à faible bruit

La nouvelle conception passionnante du frontal RF d'émetteurs-récepteurs radiofréquence (RF) haute performance assure la meilleure technologie persuasive. En général, si vous prévoyez de l'améliorer uniquement en augmentant la largeur du transistor ou la tension d'alimentation, cela créera des problèmes de conception. Vous pourriez avoir besoin d'une taille de PCB plus grande, 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 récepteurs/émetteurs-récepteurs RF.

Nous vous aiderons à produire des PCB LNA qui donnent une performance maximale en fonctionnant à faible puissance.

Concevoir un circuit amplificateur à faible bruit avec un faible facteur de bruit

Il serait utile que vous trouviez des schémas innovants d'amplificateur à faible bruit pour diminuer 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. Il fournirait un gain suffisant pour surmonter le bruit des étapes suivantes.

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 et de minimiser le facteur de bruit en conséquence. Par exemple, il peut y avoir une contrainte que le gain maximal réalisable est de 20 dB à 2,4 GHz de radiofréquence.

Nous vous recommanderions de concevoir un amplificateur à bruit linéaire avec des inductances. Elles sont réactives, et ainsi elles n'ajouteront aucun bruit à 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

Alors, nous venons de vous dire de garder le facteur de bruit du PCB bas. Mais comment pouvez-vous vous assurer qu'il est bas ? Vous devrez dériver une formule, puis faire une analyse. Couramment, vous obtiendrez un facteur de bruit et des métriques de performance de gain pour vérifier l'activité de votre PCB LNA.

Généralement, vous pouvez calculer le gain de tout circuit LNA en déduisant 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 :

Utiliser le PCB multicouche pour amplificateur à faible bruit

Il est important de noter que le PCB d'amplificateur à faible bruit fonctionnerait à la radiofréquence. Par conséquent, si vous concevez une mise en page PCB à 4 couches, elle maintiendra un plan de masse constant. Elle permettra également un découplage RF distribué d'une zone d'alimentation CC entre deux couches de plan de masse principales.

La mise en page PCB d'un schéma de circuit amplificateur à faible bruit nécessite un point de référence RF commun. C'est un point de masse RF pour tous les signaux RF depuis un port d'entrée ou de sortie. En ajoutant une masse commune, vous garantirez que tous les points sont au même potentiel.

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

Un PCB à 4 couches vous permettra également d'obtenir une taille gérable de ligne micro-ruban. Une ligne micro-ruban est un conducteur métallique hautement conducteur sur une carte PCB de gamme RF. Vous pouvez contacter le fabricant PCB pour calculer des paramètres tels que la constante diélectrique, les poids de cuivre, les données de matériau, l'épaisseur du noyau et l'empilement de couches standard. En utilisant ces informations, vous pouvez facilement adapter la ligne micro-ruban à la valeur d'impédance requise. Finalement, il serait utile de concevoir des pistes de biais complètes pour réduire la résistance du chemin.

Utiliser des composants CMS dans le PCB amplificateur à faible bruit

La technologie de montage en surface est une façon dont vous montez directement les composants électriques sur un circuit imprimé. Si vous utilisez des composants CMS, vous obtiendrez des pistes de cuivre plus courtes et des tailles de PCB amplificateur à bruit plus petites. Et, dans un circuit RF, cela réduira la résistance et la capacitance parasites.

De plus, il serait utile de garder les connexions entre les composants CMS et la masse 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 CMS doivent être capables de fonctionner dans cette plage de température. De plus, vous pouvez utiliser des connecteurs banane pour les connexions de tension de biais, de masse et d'alimentation. Pour obtenir la connectivité RF, vous pouvez utiliser des connecteurs SMA dans votre PCB amplificateur à faible bruit. En plus d'être petits, ils offrent une large gamme de fréquences et une haute fiabilité.

Amplificateur à faible bruit – Sélectionner un matériau PCB approprié pour le circuit amplificateur à faible bruit

Un matériau PCB acceptable peut aider 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 du PCB peut apporter une contribution significative au niveau de performance ultime de votre conception LNA.

Il serait utile de considérer diverses propriétés de matériaux PCB en tant que candidat de conception pour 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 devriez strictement réguler le Dk du matériau PCB à travers le matériau pour atteindre une adaptation d'impédance rigide. Il serait utile de l'avoir souvent pour maintenir de faibles facteurs de bruit d'amplificateur. De plus, le coefficient de température de la constante diélectrique (Tc Dk) affecte également ces figures de bruit et les réseaux d'adaptation d'impédance.

Amplificateur à faible bruit – Concevoir votre PCB selon les exigences des signaux haute fréquence

Rappelez-vous toujours que vous traitez des signaux haute fréquence dans votre petit circuit amplificateur à bruit. Le PCB fonctionnera dans la gamme de radiofréquence, donc vous devez le concevoir en conséquence. Comme nous l'avons déjà discuté, il est nécessaire d'utiliser une carte multicouche pour réduire les interférences. Le bruit d'une carte à quatre couches est de 20 dB plus petit que pour une carte double panneau avec le même matériau. En même temps, cependant, il y a aussi une préoccupation que la production serait plus compliquée. Le coût serait plus élevé, et vous auriez besoin de l'expertise pour concevoir la mise en page PCB.

Les signaux RF dans le circuit amplificateur à faible bruit ne doivent pas développer une boucle lors du câblage. Si vous ne pouvez pas l'éviter, vous pouvez vous assurer de la garder aussi petite que possible. Vous devriez également faire attention au diaphonie (crosstalk), qui peut se développer à une courte distance 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 proches.

Il existe différentes méthodes pour éviter la diaphonie. Vous pouvez essayer de connecter les lignes parallèles dans une couche en perpendiculaire et les différentes couches. Aussi, vous devriez utiliser un plus petit nombre de vias dans votre conception d'amplificateur à faible bruit. Cela augmentera la vitesse et diminuera les erreurs de données. Finalement, veuillez garder les fils entre les broches plus courts. C'est pour éviter le couplage avec les composants en raison des pistes de signal RF plus longues.

Atteindre une circuitry d'adaptation d'impédance rigide de votre amplificateur à faible bruit

Il serait utile que vous essayiez d'obtenir une adaptation d'impédance rigide pour votre amplificateur à faible bruit. Elle compte pour une performance de bruit optimale, le filtrage et fournit une stabilité d'entrée et de sortie. Des éléments passifs tels que les résistances, les lignes de bande, les condensateurs et les inductances composent le circuit d'adaptation.

Les tolérances des matériaux PCB telles que l'épaisseur de cuivre et les tolérances de largeur de conducteur influencent cette circuitry. 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 significatif sur les structures de couplage, comme les circuits coplanaires.

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

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

Résumé

Donc, ce sont quelques conseils que vous pouvez suivre pour concevoir correctement votre circuit amplificateur à faible bruit. Vous avez besoin des bons réseaux d'adaptation d'impédance, matériau PCB, couches PCB, circuits de biais, facteur de bruit et gain. Vous pouvez assurer une conception de qualité en concevant votre PCB amplificateur à faible bruit selon les exigences des signaux de fréquence RF.

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