低ノイズ アンプ FR の設計について知っておくべき 7 つのヒント

エキサイティングな新しい RF フロントエンド 高性能無線周波数 (RF) トランシーバーの設計により、最高の説得力のあるテクノロジーが保証されます。一般的に、トランジスタ幅や電源電圧を大きくするだけで改善しようとすると、設計上の問題が生じます。より大きなサイズの PCB が必要になる場合があり、より多くの電力消費が発生します。この記事では、低雑音増幅器の設計構造のヒントを紹介します。 (LNA) RF レシーバー/トランシーバー用。

低電力で動作することで最大のパフォーマンスを発揮する LNA PCB の製造をお手伝いします。

ノイズ指数の低い低ノイズ アンプ回路の設計

革新的な低ノイズ アンプの回路図を考え出して、電力と電圧の消費を減らすことができれば助かります。低ノイズ増幅器は、ノイズが少ないことを確認しながら、アンテナの信号電力を増幅します。次のステージのノイズを克服するのに十分なゲインを提供します。

一般に、LNA 回路図には入力と出力のインピーダンス整合ブロックがあり、その間に増幅ブロックがあります。 RF フロントエンドのゲイン制約を確認し、それに応じて雑音指数を最小限に抑える必要があります。たとえば、達成可能な最大ゲインが 2.4 GHz 無線周波数で 20 dB であるという制約がある場合があります。

インダクタを使用したリニア ノイズ アンプを設計することをお勧めします。反応性があるため、PCB にノイズが入りません。 LC 共振が常に LNA のノイズ性能とゲインを向上させるのは事実です。

ノイズ指数を計算してパフォーマンス指標を得る

そのため、PCB の雑音指数を低く抑えるようにお伝えしました。しかし、どうすればそれが低いことを確認できますか?数式を導き出し、分析を行う必要があります。通常、雑音指数を取得し、パフォーマンス メトリックを取得して、LNA PCB アクティビティをチェックします。

通常、LNA 回路のゲインは、負荷インピーダンスとトランジスタの実効トランスコンダクタンスを含む式を導き出すことで計算できます。雑音指数については、分析に次の一般式を使用できます。

多層低ノイズ アンプ PCB を使用してください。

低ノイズ アンプ PCB が無線周波数で動作することに注意することが重要です。したがって、4 層の PCB レイアウトを設計する場合、一定のグランド プレーンが維持されます。さらに、2 つのメイン グランド プレーン層の間の DC 電源領域の分散型 RF デカップリングが可能になります。

低ノイズ アンプ回路図の PCB レイアウトには、共通の RF 基準点が必要です。これは、入力ポートまたは出力ポートからのすべての RF 信号の RF 接地点です。共通の接地を追加することで、すべてのポイントが同じ電位になるようにします。

4 層 PCB 設計では、1 つの電源プレーン、2 つのグランド プレーン、および 1 つの回路トレース レイヤーを設定できます。さらに、銅配線の形状と幅を適切に設計すると役立ちます。これにより、低ノイズ増幅回路の分布インダクタンス、キャパシタンス、および抵抗が減少します。

また、4 層 PCB を使用すると、マイクロストリップ ラインの扱いやすいサイズを得ることができます。マイクロストリップ ラインは、RF 範囲の PCB 上の導電性の高い金属ランナーです。 PCB メーカーに問い合わせて、誘電率、銅重量、材料データ、コアの厚さ、標準レイヤー スタックなどのパラメータを計算できます。この情報を使用して、マイクロストリップ ラインを必要なインピーダンス値に簡単に一致させることができます。最後に、完全なバイアス トレースを設計して経路抵抗を減らすと役立ちます。

低ノイズ アンプ PCB で表面実装デバイスを使用する

表面実装技術は、電子部品をプリント回路基板に直接実装する方法です。表面実装デバイスを使用すると、銅配線が短くなり、ノイズ アンプの PCB サイズが小さくなります。また、RF 回路では、寄生抵抗と静電容量が減少します。

さらに、表面実装コンポーネントとグランドの間の接続を短くしておくと役立ちます。インピーダンスを下げるためです。また、グランド プレーンに 2 つまたは 3 つの並列ビアを設計することによっても実現できます。

もう 1 つの重要なポイントは、低ノイズ アンプ回路のテスト温度範囲を定義することです。表面実装コンポーネントは、この温度範囲内で機能できる必要があります。さらに、バイアス電圧、グランド、および電源接続にバナナ ジャックを使用できます。 RF 接続を得るために、低ノイズ アンプ PCB で SMA コネクタを使用できます。サイズが小さいだけでなく、広い周波数範囲と高い信頼性を提供します。

低ノイズ アンプ – 低ノイズ アンプ回路に適した PCB 材料を選択する

許容できる PCB 材料は、低ノイズ アンプの設計に役立ちます。これにより、雑音指数やゲインなどのアンプの制約に対する熱のレベルが緩和されます。全体として、PCB の選択は、LNA 設計の究極のパフォーマンス レベルに大きく貢献します。

低ノイズ アンプの設計候補として、さまざまな PCB 材料の特性を考慮していただけると助かります。これらのパラメータには、散逸率 (Df)、誘電率 (DK または εr)、熱伝導率、Dk の温度係数、および基板の厚さの許容誤差が含まれます。

たとえば、厳密なインピーダンス整合を実現するために、PCB 材料の Dk を材料全体で厳密に調整する必要があります。アンプの雑音指数を低く保つために頻繁に使用すると役立ちます。さらに、誘電率 (Tc Dk) の温度係数も、これらの雑音指数とインピーダンス整合ネットワークに影響を与えます。

低ノイズ アンプ – 高周波信号の要件に従って PCB を設計

小さなノイズ増幅回路で高周波信号を扱っていることを常に覚えておいてください。 PCB は無線周波数範囲で動作するため、それに応じて設計する必要があります。すでに説明したように、干渉を減らすために多層基板を使用する必要があります。 4 層基板のノイズは、同じ材料の 2 層基板よりも 20 dB 小さくなります。しかし同時に、生産がより複雑になるという懸念もあります。コストが高くなり、PCB レイアウトを設計するための専門知識が必要になります。

低雑音増幅回路の RF 信号は、配線中にループを形成してはなりません。避けられない場合は、可能な限り小さく保つことができます。また、平行な信号線に近い距離で発生する可能性があるクロストークにも注意を払う必要があります。クロストークは、近くの電磁界の干渉による RF 信号間の望ましくないノイズ信号です。

クロストークを回避するには、さまざまな方法があります。あるレイヤーの平行線を垂直に接続し、異なるレイヤーを接続することができます。また、低ノイズ アンプの設計では、より少ない数のビアを使用する必要があります。これにより、速度が向上し、データ エラーが減少します。最後に、ピン間のワイヤを短くしてください。これは、RF 信号リードが長くなるため、コンポーネントとの結合を避けるためです。

低ノイズ アンプの堅牢なインピーダンス整合回路を実現

低ノイズアンプ用に剛性のインピーダンス整合回路を取得しようとすると役立ちます。最適なノイズ性能、フィルタリングを考慮し、入力と出力の安定性を提供します。抵抗器、ストリップ ライン、コンデンサ、インダクタなどの受動素子が整合回路を構成します。

銅の厚さや導体幅の公差などの PCB 材料の公差は、この回路に影響を与えます。回路製作に問題があると、インピーダンス整合回路にも影響します。これらの公差の大きさは、LNA システムの特定の設計によって異なります。

たとえば、銅の厚さの公差は、コプレーナ回路などの結合構造により大きな影響を与えます。

一方で、基板の回路導体幅や厚みへの影響が懸念されます。細いチャンネルは、太いコースよりも大幅なインピーダンス調整を示し、導体幅が増加します。

DK 許容値は PCB のもう 1 つのパラメーターであり、LNA 設計に必要なインピーダンス マッチング ネットワークに影響を与える可能性があります。

まとめ

したがって、これらは、低ノイズ増幅回路を正しく設計するために従うことができるいくつかのヒントです。適切なインピーダンス マッチング ネットワーク、PCB 材料、PCB 層、バイアス回路、雑音指数、ゲインが必要です。 RF 周波数信号の要件に従って低ノイズ アンプ PCB を設計することで、高品質の設計を保証できます。

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