生產(chǎn)實(shí)習(xí)報(bào)告低噪聲放大器

1、規(guī)格嚴(yán)格、功夫到家生產(chǎn)實(shí)習(xí)報(bào)告題目：低噪聲放大器姓名：熱心學(xué)長(zhǎng)學(xué)號(hào)：1102501*組員：陳大哥、董小姐、陳小姐哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）信息與電氣工程學(xué)院電子信息工程系一系統(tǒng)分析1.系統(tǒng)背景低噪聲放大器的主要作用是放大天線從空中接收到的微弱信號(hào)，減少噪聲干擾，以供系統(tǒng)解調(diào)出所需的信息數(shù)據(jù)。一般用作各類無線電接收機(jī)的高頻或中頻前置放大器，以及高靈敏度電子探測(cè)設(shè)備的放大電路。在放大微弱信號(hào)的場(chǎng)合，放大器自身的噪聲對(duì)信號(hào)的干擾可能很嚴(yán)重，因此希望減小這種噪聲，以提高輸出的信噪比。輸入和輸出端的阻抗匹配和噪聲匹配是實(shí)現(xiàn)高增益和低噪聲的關(guān)鍵?，F(xiàn)代的低噪音放大器不僅要在一個(gè)窄帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，新的應(yīng)用（

2、如超寬帶技術(shù)）的出現(xiàn)也要求其能夠在非常寬的頻率范圍內(nèi)（典型的頻帶寬度為3.1-10.6 GHz）實(shí)現(xiàn)阻抗匹配和噪音匹配。隨著移動(dòng)通信、全球定位、無線局域網(wǎng)和射頻識(shí)別等領(lǐng)域技術(shù)的不斷發(fā)展， 射頻前端技術(shù)已經(jīng)成為通信和電子領(lǐng)域的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，引起了廣泛的關(guān)注。低噪聲放大器位于射頻接收系統(tǒng)的前端，其主要功能是將來 自天線的小信號(hào)進(jìn)行放大，前級(jí)放大器的穩(wěn)定性、噪聲系數(shù)、失配和增益對(duì)射頻接收系統(tǒng)影響很大，需要有提高射頻低噪聲放大器綜合性能的設(shè)計(jì)方法。現(xiàn)在對(duì)射頻低噪聲放大器的研究，主要集中在給定指標(biāo)下射頻電路的設(shè)計(jì) ，基本思想是通過添加集總參數(shù)或混合參數(shù)匹配網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)增益、噪聲和穩(wěn)定性等參數(shù)指標(biāo)。本文提出

3、了一種射頻低噪聲放大器的設(shè)計(jì)方法，采用分布參數(shù)匹配網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)射頻低噪聲放大器，并基于SP模型和pb模型，討論了單支節(jié)匹配對(duì)放大器性能的改善情況，為射頻低噪聲放大器的設(shè)計(jì)提出了一種新的途徑。 2.系統(tǒng)組成單級(jí)射頻放大器的組成如圖1所示，包括射頻晶體管放大電路和輸入、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)三部分。圖1 單級(jí)射頻放大器的組成3.實(shí)施方案晶體管的功率增益在頻率高端隨著頻率的增加以6 dB/倍頻程下降,因此設(shè)計(jì)寬帶放大器時(shí)必須使用相應(yīng)的方法補(bǔ)償此增益下降,且保證整個(gè)頻帶內(nèi)的穩(wěn)定性,所以要考慮寬頻帶阻抗匹配及選擇恰當(dāng)?shù)碾娐沸问?。寬帶放大器有以下幾種:分布放大器;平衡放大器;有耗匹配放大器;負(fù)反饋放大器。通過比較,雖然

4、負(fù)反饋放大器各個(gè)特性的改良是以略微增加噪聲為代價(jià)的,但這種電路形式仍不失為在研究的頻段內(nèi)綜合效果最優(yōu)的方法,因此采用負(fù)反饋形式。負(fù)反饋設(shè)計(jì)方案如圖2所示,它往往會(huì)改善輸入匹配S11、輸出匹配S22,提高S21 增益平坦度,提高管芯的穩(wěn)定性,同時(shí)保證反饋回路引入的噪聲控制在要求以內(nèi)。4.設(shè)計(jì)步驟一般來說,一個(gè)低噪聲放大器可按如下步驟設(shè)計(jì):選擇器件,器件的噪聲系數(shù)應(yīng)低于設(shè)計(jì)值,而增益(可以級(jí)聯(lián))應(yīng)高于設(shè)計(jì)值;計(jì)算器件的穩(wěn)定因子K;如果K>1,則選擇和設(shè)計(jì)包括偏置電路在內(nèi)的輸入和輸出匹配電路;如果K<1,則在反射平面上給出不穩(wěn)定區(qū)域,并選擇和設(shè)計(jì)能避開不穩(wěn)定區(qū)域的匹配網(wǎng)路;利用分析的方法

5、或計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)手段來計(jì)算放大器的性能,檢驗(yàn)放大器在帶內(nèi)和帶外的穩(wěn)定性。低噪聲放大器的主要性能指標(biāo)包括:工作帶寬、噪聲系數(shù)、增益、增益平坦度、1dB 壓縮點(diǎn)P-1 等,這些指標(biāo)中噪聲系數(shù)和增益對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響較大。二具體實(shí)現(xiàn)1.系統(tǒng)框圖低噪聲射頻放大器的電路原理圖如下：圖2 低噪放原理圖2.硬件實(shí)現(xiàn)硬件實(shí)現(xiàn)電路圖如下：圖3 硬件電路圖其中，將要用到的元器件主要有：100pF電容（7片）：C1 C5 C7 C8 C9 C10 C11，主要用于濾波電路；1uF電容（2片）：C3 C6；10uF電容（4片）：C2 C4 C12 C13；68pF電容（1片）：C1，扼制直流電流通過；510電

6、阻（1片）：R1，降壓電阻，防止電流過大；680電阻（4片）：R10 R11 R6 R7；110電阻（1片）：R8；36電阻（1片）：R13；5.6電阻（3片）：R5 R9 R12；330電阻（1片）：R4；10nH電感（1片）：L1，構(gòu)成諧振電路；85nH電感（1片）：L2，構(gòu)成諧振電路；穩(wěn)壓器7805（1片），保證電壓穩(wěn)定。3.軟件實(shí)現(xiàn)及仿真分析在硬件實(shí)現(xiàn)之前，對(duì)實(shí)施方案做軟件測(cè)試是有必要也是很關(guān)鍵的一步。應(yīng)用ADS軟件實(shí)現(xiàn)LNA的軟件仿真，確定最佳工作狀態(tài)的元件參數(shù)指標(biāo)，為硬件實(shí)現(xiàn)提供參考。軟件仿真實(shí)現(xiàn)過程和結(jié)果如下。（1）晶體管直流工作點(diǎn)掃描晶體管直流工作點(diǎn)電路原理圖：I-V特性曲線掃

7、描結(jié)果：（2）晶體管S參數(shù)掃描晶體管S參數(shù)掃描原理圖：S參數(shù)仿真結(jié)果：S參數(shù)隨頻率變化曲線：以db形式給出的S11參數(shù)隨頻率變化關(guān)系：nf（2） 參數(shù)隨頻率變化曲線：（3）輸入阻抗設(shè)計(jì)輸入阻抗測(cè)試原理圖：Zn1與頻率的關(guān)系：匹配網(wǎng)絡(luò)的子電路：匹配后的電路原理圖Zin1參數(shù)隨頻率變化表 三測(cè)試結(jié)果分析1.測(cè)試數(shù)據(jù)（1）阻抗匹配測(cè)量測(cè)量結(jié)果如下第一級(jí)放大器：（相對(duì)-20dbm基準(zhǔn)）1.92GHz -20dBm 反饋損耗 0dBm 1.95GHz -20dBm 反饋損耗 0dBm 1.98GHz -20dBm 反饋損耗 0dBm第二級(jí)放大器：1.92GHz -17dBm 反饋損耗 3 dBm 1.9

8、5GHz -15dBm 反饋損耗 5 dBm1.98GHz -19dBm 反饋損耗 1 dBm（2）放大器增益與頻率特性測(cè)量測(cè)量結(jié)果如下：第一級(jí)放大器：（相對(duì)-20dbm基準(zhǔn)）1.92GHz 10dBm 1.95GHz 11dBm 1.98GHz 12dBm第二級(jí)放大器：1.92GHz 22dBm 1.95GHz 26dBm 1.98GHz 29dBm2.數(shù)據(jù)分析（1）對(duì)第一組阻抗匹配測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得出結(jié)論：通過測(cè)量分離出來的反射信號(hào)的強(qiáng)度來看阻抗匹配的程度，此處一級(jí)和二級(jí)放大器的反饋損耗相差無幾。但是總體來說二級(jí)放大器的反饋損耗稍大一點(diǎn)，相對(duì)而言匹配效果好一點(diǎn)。（2）將放大器增益與

9、頻率特性測(cè)量的數(shù)據(jù)作一下簡(jiǎn)單處理，可以發(fā)現(xiàn)：一級(jí)放大器和二級(jí)放大器的測(cè)量曲線都較為平緩，變化范圍不大，二級(jí)放大器較一級(jí)增益高，約呈現(xiàn)兩倍關(guān)系。3.仿真數(shù)據(jù)和測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比仿真結(jié)果和硬件測(cè)試結(jié)果存在一些偏差，但由于測(cè)試過程中會(huì)引入一定誤差，且制作過程中也存在一些誤差，所以在誤差允許范圍內(nèi)，兩種途徑得到的數(shù)據(jù)基本一致。4.總結(jié)硬件測(cè)試的結(jié)果說明本次生產(chǎn)實(shí)習(xí)的低噪聲放大器的任務(wù)基本完成。通過本次生產(chǎn)實(shí)習(xí)，我們學(xué)會(huì)了小型硬件電路制作的一般過程，掌握了用軟件仿真電路的基本方法，鍛煉了動(dòng)手能力和把理論運(yùn)用于實(shí)踐的能力，在很多方面都有很大收獲。四視頻學(xué)習(xí)心得體會(huì)在完成生產(chǎn)實(shí)習(xí)的時(shí)候，通過生產(chǎn)實(shí)習(xí)任務(wù)書中的視頻

10、網(wǎng)絡(luò)地址我觀看了一個(gè)只有兩分鐘左右的視頻短片，名為“從沙子到芯片，Intel英特爾處理器制作過程”。這是一部3D動(dòng)畫短片，展示了一個(gè)小小的Intel英特爾處理的制作過程：從砂礫經(jīng)過提取融化凝成等處理制作成晶片載體，再通過后續(xù)的一系列精心的工業(yè)化處理成最終制作成了銷往全球的Intel英特爾處理。芯片制造需要半導(dǎo)體材料作為襯底，而硅是一種在地球上大量存在，且性能又非常理想的半導(dǎo)體材料，硅可以從沙子等廉價(jià)原材料中獲取。將硅原料在高溫下提煉分離，冷卻后形成多晶硅塊。制造硅片的材料對(duì)純凈度的要求非常高，而且出于大批量生產(chǎn)的要求，多晶硅被加工成單晶硅。多晶硅塊在一種叫“單晶爐”的設(shè)備中經(jīng)過高溫及硅子晶的提

11、拉和冷卻后，形成一根很粗的圓柱體-單晶硅棒。單晶硅棒被打磨至所需的直徑后，切割成很多厚度和信用卡一樣薄片-晶圓片，經(jīng)過研磨及拋光，成為制作芯片的襯底材料。處理好的硅晶圓通過外延生長(zhǎng)，離子注入，快速退火，薄膜沉積，光刻，薄膜去除等基本工藝的反復(fù)加工，在它上面形成晶體管的基本部件。然后通過薄膜沉積，光刻，薄膜去除以及電鍍及化學(xué)拋光等基本工藝的反復(fù)加工，用金屬材料將晶體管的各個(gè)部分連接起來，最后行程具有特定功能的芯片。由于制造工藝對(duì)于線寬的要求都是在千萬分之一米的量級(jí)，所以在整個(gè)過程中，每道工序的完整無誤相當(dāng)重要，有多種先進(jìn)的度量和檢測(cè)的方法進(jìn)行控制。完成全部加工步驟后，晶圓片會(huì)被切割成單個(gè)芯片。然后進(jìn)行在