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[资料] 为何GPS的LNA输入端,都会挂一颗电感?

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新浪微博达人勋

发表于 2020-11-23 10:45:52 | 显示全部楼层 |阅读模式
问题:


下面是三家不同厂家的GPS LNA
image006.jpg
image004.jpg
image002.jpg



共通点就是输入端都有串联电感,请问为什么?




回答: 为了将LNA本身的Noise Figure降到最低。



由Friis formula得知:

FRIIS.jpg


第一级放大器自身的Noise Figure,以及输入端的Loss,对整体的接收路径的Noise Figure影响最大。
所以两项工作很重要,
一是LNA要靠近天线摆放,以缩小LNA输入端Loss。
二是LNA自身Noise Figure要小。


LNA输入端放电感,便是第二项工作。



一般而言,GPS LNA的Gamma opt都会是在Smith Chart的右上角,亦即该
处阻抗会有最小的Noise Figure,输入端串联电感,便是为了使LNA输入阻
抗到达该点,以取得最小的Noise Figure。


image008.jpg

AVAGO的Data sheet,也说明了这点。

image010.jpg
image012.jpg



然而有人会问,既然LNA输入端的Loss,几乎主宰整体接收路径的Noise Figure,
由下图可知,

image015.jpg

6.8 nH的电感,在GPS频段,会有1.83 dB的损耗,亦即会使灵敏度变差1.83 dB。
换言之,就明知LNA输入端的Loss非常关键,为何还要放一颗串联电感,增加Loss?

答案是:  你被50欧姆绑架了。


确实  如果今天Port 1跟Port 2都是50欧姆
如果阻抗无偏离  理论上并不会有任何讯号反射
亦即Mismatch loss 为零

image017.jpg

而加了电感  会因为阻抗远离50欧姆
造成讯号反射  Mismatch loss加大
进而使得整体Insertion Loss变大

image019.jpg



但LNA输入端  不是50欧姆啊
以Infineon的LNA为例

image021.jpg

只有输出端设计成50欧姆
但输入端不是啊


前述6.8 nH的电感,在GPS频段,会有1.83 dB的损耗
这是基于Port1跟Port2都为50欧姆的前提下
因此  这个结论  不适用于GPS的LNA  因为Port2不为50欧姆

image023.jpg



因此  要回归前述的Gamma opt去思考

OPT.jpg
因为GPS的LNA  其输入端  看进去的阻抗  多半会在右下角
因此
透过电感  将输入端  看出去的阻抗  利用电感  移到右上角
如此一来  输入端看进去跟看出去的阻抗  呈现共轭匹配
另一方面  也因为看出去的阻抗  转到右上角  Noise Figure最低点  
如此便可将LNA自身的Noise Figure降到最低


而前述说过  为了整体接收路径的Noise Figure压最低
其LNA要靠近天线  这意味着LNA输入端的走线  不会太长
如果50欧姆阻抗控制得宜  其实是可以不用放匹配电路的
(因为每颗组件  都会贡献Loss  所以越少越好)
以实际电路为例

image027.jpg
我们可以看到   LNA输入端
也就一颗DC Block跟电感


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