SimHardWiki - Вклад участника [ru]

Доступ запрещён

2013-11-23T19:38:03Z

Next allmigthy: Новая страница: «{{#access: assigned to = * | actions = read}}»

Вариант 10

2013-11-23T19:36:52Z

Next allmigthy:

= Разработка малошумящего усилителя и исследование его параметров =
{| class="wikitable"
|-
! Название главы !! Дата начала !! Дата окончания
|-
| Основные параметры малошумящего усилителя || 01.10.2012 || 01.12.2012
|-
| Разработка схемы малошумящего усилителя || 02.12.2012 || 02.03.2013
|-
| Анализ результатов || 03.03.2013 || 21.03.2013
|}

{| class="wikitable"
|-
! Название главы !! Отметка о завершении
|-
| Введение || Ок
|-
| Основные параметры малошумящего усилителя || Ок
|-
| Анализ известных схемотехнических решений МШУ || Ок
|-
| Разработка схемы малошумящего усилителя || Ок
|-
| Анализ полученных результатов || Ок
|}

== Введение ==
:Беспроводные технологии быстро становятся общепринятым стандартом, который оказывает всестороннее влияние на нашу жизнь. К настоящему времени&ensp;люди уже привыкли к
таким устройствам, как GPS-навигаторы, мобильные телефоны, беспроводные модемы и многие другие. Неотъемлемая часть любого устройства с беспроводной связью – приемник сигналов. Упрощенная блок-схема высокочастотного (ВЧ) приемника приведена на рисунке 1.

[[Файл:Блок-схема-мини.jpg|500px|мини|центр|Рис.1. Упрощенная блок-схема ВЧ-приемника]]

:Одним из блоков ВЧ-приемника является малошумящий усилитель (МШУ). Задачей МШУ является предварительное усиление сигнала, поступающего на антенну приемника, до
величины, необходимой для дальнейшей его обработки, с минимальным внесением в сигнал искажений и шумов. <ref> p.166-170 Behzad Razavi, «RF Microelectronics», Prentice Hall, NJ, 1998 </ref>
:В данной работе описан процесс разработки малошумящего усилителя на МОП-транзисторах, изготовленных по технологии SMIC 0.18 мкм.Разрабатываемое устройство является
частью GPS-приемника, который работает в диапазоне частот 1550-1610 МГц. В данной полосе частот коэффициент усиления по мощности МШУ больше 20 дБ, коэффициент шума меньше 1 дБ. Потребляемая мощность усилителя менее 4 мВт.

== Основные параметры малошумящего усилителя ==

К основным параметрам МШУ относятся:
* коэффициент усиления
* коэффициент шума
* параметры, определяющие линейность преобразования:
# точка компрессии по входу МШУ
# точка интермодуляции третьего порядка
* ток потребления

:Коэффициент шума характеризует уровень искажений случайного характера, вносимых в сигнал при его прохождении через приемный тракт. Согласно формуле Фриза (1),
приведенной в работе <ref>p. 40-41 Matt Loy, «Understanding RF», Texas Instruments Incorporated, 1999</ref>, коэффициент шума всего приемного тракта определяется в первую очередь коэффициентом шума первого каскада, то есть малошумящего усилителя.

<latex>F_{total}=F_1+\frac{F_2-1}{\G_1}+\frac{F_3-1}{\G_1*G_2}+\frac{F_4-1}{\G_1*G_2*G_3}+... (1) </latex>

где <latex>F_{total}</latex> – коэффициент шума приемного тракта,<latex> G_i </latex> – коэффициент шума i-го каскада (i=1,2...), – коэффициент усиления по мощности i-го каскада.
Из формулы (1) следуют два важных требования к МШУ — низкий коэффициент шума и высокий коэффициент усиления по мощности.
В работе <ref>p. 5-7 H.J.Yoo, «Basic Concepts in RF Design», Information and Communications University Press, 2000</ref> выведена формула (2), из которой следует, что для повышения линейности преобразования сигнала необходимо уменьшать коэффициент усиления по мощности малошумящего усилителя.

<m> \frac{1}{\ IIP3_{total}}} = \frac{1}{\ IIP3_{1}}}+\frac{G_1}{\ IIP3_{2}}}+\frac{G_1*G_2}{\ IIP3_{3}}}... (2)</m>

где <latex> IIP3_{total} </latex> – точка интермодуляции по входу блока приемника,<latex> G_i </latex> – коэффициент усиления по мощности i-го каскада.
В формуле (2) и выражены в разах, а не в децибелах.

Физический смысл интермодуляционных составляющих третьего порядка виден на рисунке 2:

[[Файл:IIP3 fixed.png|250px|обрамить|центр|Рис. 2 Интермодуляционные составляющие (ИС) второго и третьего порядков, возникающие при подаче на вход приемника двух синусоидальных сигналов равного уровня с частотами f1 и f2 соответственно]]

Таким образом, при разработке МШУ возникает ряд противоречий:
#Для увеличения коэффициента усиления необходимо увеличивать ток стока активного транзистора, что приводит к увеличению тока потребления устройства.
#Увеличение коэффициента усиления приводит к уменьшению точки компрессии по входу усилителя, а, следовательно, к ухудшению линейности преобразования сигнала.
#Для улучшения параметров линейности необходимо уменьшать коэффициент усиления, что приводит к увеличению коэффициента шума усилителя.

:В связи с этим не существует универсального схемотехнического решения малошумящего усилителя и для каждого приемника необходимо разрабатывать&ensp;схему МШУ,
соответствующую требованиям технического задания. В общем случае, процесс разработки малошумящего усилителя выглядит следующим образом:

[[File:ариант 10 drawing 2013-10-06 17-08-29.svg]]

== Разработка малошумящего усилителя ==

Схема разработанного малошумящего усилителя приведена на рисунке 3.
[[Файл:Схема1.gif|обрамить|центр|Рис.3. Разработанная схема МШУ]]

:Применение схемы с индуктивным истоковым ослаблением (элементы L1, L2, N2) позволяет достичь хорошего согласования входного импеданса усилителя с сопротивлением антенны
(коэффициент стоячей волны по напряжению или КСВН < 1.5) одновременно с низким коэффициентом шума (NF<2 дБ).<ref>p.7 Edgar Sanchez-Sinencio, «Low Noise Amplifier», TAMU, 2010</ref> Использование каскода (элементы N2, N3) уменьшает влияние эффекта Миллера на схему, а также увеличивает выходное сопротивление усилителя, в связи с чем, увеличивает коэффициент усиления по мощности. LC-контур (элементы L3, C2) в схеме, приведенной на рисунке 2, позволяет получить высокий коэффициент усиления по мощности в заданном диапазоне частот. Для этого необходимо подобрать величины индуктивности и емкости так, чтобы резонансная частота контура совпадала с центральной частотой данного диапазона. Согласование выходного импеданса МШУ с сопротивлением нагрузки выполнено с использованием простейшей цепи согласования, называемой Г-цепью (элементы L4, C3).

== Заключение ==

:В процессе выполнения работы, была разработана электрическая схема малошумящего усилителя на Si МОП-технологии SMIC 0.18 мкм. Сравнение параметров полученного
малошумящего усилителя и МШУ, представленного в работе [http://ntlab.com/IPCatalog/AnalogMixedsignalIP/ByCategory/LNA/tabid/169/Default.aspx NTLab Systems LNA for GPS applications] приведено в таблице:

{| class="wikitable"
|-
! Параметр \ Схема !! В данной работе !! В работе [http://ntlab.com/IPCatalog/AnalogMixedsignalIP/ByCategory/LNA/tabid/169/Default.aspx NTLab Systems LNA for GPS applications]
|-
| Коэффициент усиления мощности || Gp=21 дБ || Gp=20 дБ
|-
| Коэффициент шума || NF<0.9 дБ || NF<1.5 дБ
|-
| Ток потребления || Isup=3.5 мА || Isup=7.2 мА
|-
| Входной импеданс || Rin=50 Ω || Rin=50 Ω
|-
| Выходной импеданс || Rout=50 Ω || Rout=50 Ω
|-
| Диапазон частот || 1550 MГц < f < 1610 MГц || 1550 MГц < f < 1610 MГц
|-
| КСВН по входу МШУ || VSWRin<1.2 || VSWRin<1.5
|-
| КСВН по выходу МШУ || VSWRout<1.4 || VSWRout<1.5
|-
| Точка компрессии по входу МШУ || CP1dB>-24 дБмВт || CP1dB>-28 дБмВт
|-
| Точка интермодуляции третьего порядка || IIP3>-14 дБмВт || IIP3>-18 дБмВт
|}

Вариант 10

2013-11-23T19:36:12Z

Next allmigthy:

= Разработка малошумящего усилителя и исследование его параметров =
{| class="wikitable"
|-
! Название главы !! Дата начала !! Дата окончания
|-
| Основные параметры малошумящего усилителя || 01.10.2012 || 01.12.2012
|-
| Разработка схемы малошумящего усилителя || 02.12.2012 || 02.03.2013
|-
| Анализ результатов || 03.03.2013 || 21.03.2013
|}

{| class="wikitable"
|-
! Название главы !! Отметка о завершении
|-
| Введение || Ок
|-
| Основные параметры малошумящего усилителя || Ок
|-
| Анализ известных схемотехнических решений МШУ || Ок
|-
| Разработка схемы малошумящего усилителя || Ок
|-
| Анализ полученных результатов || Ок
|}

== Введение ==
:Беспроводные технологии быстро становятся общепринятым стандартом, который оказывает всестороннее влияние на нашу жизнь. К настоящему времени&ensp;люди уже привыкли к
таким устройствам, как GPS-навигаторы, мобильные телефоны, беспроводные модемы и многие другие. Неотъемлемая часть любого устройства с беспроводной связью – приемник сигналов. Упрощенная блок-схема высокочастотного (ВЧ) приемника приведена на рисунке 1.

[[Файл:Блок-схема-мини.jpg|500px|мини|центр|Рис.1. Упрощенная блок-схема ВЧ-приемника]]

:Одним из блоков ВЧ-приемника является малошумящий усилитель (МШУ). Задачей МШУ является предварительное усиление сигнала, поступающего на антенну приемника, до
величины, необходимой для дальнейшей его обработки, с минимальным внесением в сигнал искажений и шумов. <ref> p.166-170 Behzad Razavi, «RF Microelectronics», Prentice Hall, NJ, 1998 </ref>
:В данной работе описан процесс разработки малошумящего усилителя на МОП-транзисторах, изготовленных по технологии SMIC 0.18 мкм.Разрабатываемое устройство является
частью GPS-приемника, который работает в диапазоне частот 1550-1610 МГц. В данной полосе частот коэффициент усиления по мощности МШУ больше 20 дБ, коэффициент шума меньше 1 дБ. Потребляемая мощность усилителя менее 4 мВт.

== Основные параметры малошумящего усилителя ==

К основным параметрам МШУ относятся:
* коэффициент усиления
* коэффициент шума
* параметры, определяющие линейность преобразования:
# точка компрессии по входу МШУ
# точка интермодуляции третьего порядка
* ток потребления

:Коэффициент шума характеризует уровень искажений случайного характера, вносимых в сигнал при его прохождении через приемный тракт. Согласно формуле Фриза (1),
приведенной в работе <ref>p. 40-41 Matt Loy, «Understanding RF», Texas Instruments Incorporated, 1999</ref>, коэффициент шума всего приемного тракта определяется в первую очередь коэффициентом шума первого каскада, то есть малошумящего усилителя.

<latex>F_{total}=F_1+\frac{F_2-1}{\G_1}+\frac{F_3-1}{\G_1*G_2}+\frac{F_4-1}{\G_1*G_2*G_3}+... (1) </latex>

где <latex>F_{total}</latex> – коэффициент шума приемного тракта,<latex> G_i </latex> – коэффициент шума i-го каскада (i=1,2...), – коэффициент усиления по мощности i-го каскада.
Из формулы (1) следуют два важных требования к МШУ — низкий коэффициент шума и высокий коэффициент усиления по мощности.
В работе <ref>p. 5-7 H.J.Yoo, «Basic Concepts in RF Design», Information and Communications University Press, 2000</ref> выведена формула (2), из которой следует, что для повышения линейности преобразования сигнала необходимо уменьшать коэффициент усиления по мощности малошумящего усилителя.

<m> \frac{1}{\ IIP3_{total}}} = \frac{1}{\ IIP3_{1}}}+\frac{G_1}{\ IIP3_{2}}}+\frac{G_1*G_2}{\ IIP3_{3}}}... (2)</m>

где <latex> IIP3_{total} </latex> – точка интермодуляции по входу блока приемника,<latex> G_i </latex> – коэффициент усиления по мощности i-го каскада.
В формуле (2) и выражены в разах, а не в децибелах.

Физический смысл интермодуляционных составляющих третьего порядка виден на рисунке 2:

[[Файл:IIP3 fixed.png|250px|обрамить|центр|Рис. 2 Интермодуляционные составляющие (ИС) второго и третьего порядков, возникающие при подаче на вход приемника двух синусоидальных сигналов равного уровня с частотами f1 и f2 соответственно]]

Таким образом, при разработке МШУ возникает ряд противоречий:
#Для увеличения коэффициента усиления необходимо увеличивать ток стока активного транзистора, что приводит к увеличению тока потребления устройства.
#Увеличение коэффициента усиления приводит к уменьшению точки компрессии по входу усилителя, а, следовательно, к ухудшению линейности преобразования сигнала.
#Для улучшения параметров линейности необходимо уменьшать коэффициент усиления, что приводит к увеличению коэффициента шума усилителя.

:В связи с этим не существует универсального схемотехнического решения малошумящего усилителя и для каждого приемника необходимо разрабатывать&ensp;схему МШУ,
соответствующую требованиям технического задания. В общем случае, процесс разработки малошумящего усилителя выглядит следующим образом:

[[File:ариант 10 drawing 2013-10-06 17-08-29.svg]]

== Разработка малошумящего усилителя ==

Схема разработанного малошумящего усилителя приведена на рисунке 3.
[[Файл:Схема1.gif|обрамить|центр|Рис.3. Разработанная схема МШУ]]

:Применение схемы с индуктивным истоковым ослаблением (элементы L1, L2, N2) позволяет достичь хорошего согласования входного импеданса усилителя с сопротивлением антенны
(коэффициент стоячей волны по напряжению или КСВН < 1.5) одновременно с низким коэффициентом шума (NF<2 дБ).<ref>p.7 Edgar Sanchez-Sinencio, «Low Noise Amplifier», TAMU, 2010</ref> Использование каскода (элементы N2, N3) уменьшает влияние эффекта Миллера на схему, а также увеличивает выходное сопротивление усилителя, в связи с чем, увеличивает коэффициент усиления по мощности. LC-контур (элементы L3, C2) в схеме, приведенной на рисунке 2, позволяет получить высокий коэффициент усиления по мощности в заданном диапазоне частот. Для этого необходимо подобрать величины индуктивности и емкости так, чтобы резонансная частота контура совпадала с центральной частотой данного диапазона. Согласование выходного импеданса МШУ с сопротивлением нагрузки выполнено с использованием простейшей цепи согласования, называемой Г-цепью (элементы L4, C3).

== Заключение ==

:В процессе выполнения работы, была разработана электрическая схема малошумящего усилителя на Si МОП-технологии SMIC 0.18 мкм. Сравнение параметров полученного
малошумящего усилителя и МШУ, представленного в работе [http://ntlab.com/IPCatalog/AnalogMixedsignalIP/ByCategory/LNA/tabid/169/Default.aspx NTLab Systems LNA for GPS applications] приведено в таблице:

{| class="wide"
|-
! Параметр \ Схема !! В данной работе !! В работе [http://ntlab.com/IPCatalog/AnalogMixedsignalIP/ByCategory/LNA/tabid/169/Default.aspx NTLab Systems LNA for GPS applications]
|-
| Коэффициент усиления мощности || Gp=21 дБ || Gp=20 дБ
|-
| Коэффициент шума || NF<0.9 дБ || NF<1.5 дБ
|-
| Ток потребления || Isup=3.5 мА || Isup=7.2 мА
|-
| Входной импеданс || Rin=50 Ω || Rin=50 Ω
|-
| Выходной импеданс || Rout=50 Ω || Rout=50 Ω
|-
| Диапазон частот || 1550 MГц < f < 1610 MГц || 1550 MГц < f < 1610 MГц
|-
| КСВН по входу МШУ || VSWRin<1.2 || VSWRin<1.5
|-
| КСВН по выходу МШУ || VSWRout<1.4 || VSWRout<1.5
|-
| Точка компрессии по входу МШУ || CP1dB>-24 дБмВт || CP1dB>-28 дБмВт
|-
| Точка интермодуляции третьего порядка || IIP3>-14 дБмВт || IIP3>-18 дБмВт
|}

Вариант 10

2013-11-23T19:35:11Z

Next allmigthy:

= Разработка малошумящего усилителя и исследование его параметров =
{| class="wikitable"
|-
! Название главы !! Дата начала !! Дата окончания
|-
| Основные параметры малошумящего усилителя || 01.10.2012 || 01.12.2012
|-
| Разработка схемы малошумящего усилителя || 02.12.2012 || 02.03.2013
|-
| Анализ результатов || 03.03.2013 || 21.03.2013
|}

{| class="wikitable"
|-
! Название главы !! Отметка о завершении
|-
| Введение || Ок
|-
| Основные параметры малошумящего усилителя || Ок
|-
| Анализ известных схемотехнических решений МШУ || Ок
|-
| Разработка схемы малошумящего усилителя || Ок
|-
| Анализ полученных результатов || Ок
|}

== Введение ==
:Беспроводные технологии быстро становятся общепринятым стандартом, который оказывает всестороннее влияние на нашу жизнь. К настоящему времени&ensp;люди уже привыкли к
таким устройствам, как GPS-навигаторы, мобильные телефоны, беспроводные модемы и многие другие. Неотъемлемая часть любого устройства с беспроводной связью – приемник сигналов. Упрощенная блок-схема высокочастотного (ВЧ) приемника приведена на рисунке 1.

[[Файл:Блок-схема-мини.jpg|500px|мини|центр|Рис.1. Упрощенная блок-схема ВЧ-приемника]]

:Одним из блоков ВЧ-приемника является малошумящий усилитель (МШУ). Задачей МШУ является предварительное усиление сигнала, поступающего на антенну приемника, до
величины, необходимой для дальнейшей его обработки, с минимальным внесением в сигнал искажений и шумов. <ref> p.166-170 Behzad Razavi, «RF Microelectronics», Prentice Hall, NJ, 1998 </ref>
:В данной работе описан процесс разработки малошумящего усилителя на МОП-транзисторах, изготовленных по технологии SMIC 0.18 мкм.Разрабатываемое устройство является
частью GPS-приемника, который работает в диапазоне частот 1550-1610 МГц. В данной полосе частот коэффициент усиления по мощности МШУ больше 20 дБ, коэффициент шума меньше 1 дБ. Потребляемая мощность усилителя менее 4 мВт.

== Основные параметры малошумящего усилителя ==

К основным параметрам МШУ относятся:
* коэффициент усиления
* коэффициент шума
* параметры, определяющие линейность преобразования:
# точка компрессии по входу МШУ
# точка интермодуляции третьего порядка
* ток потребления

:Коэффициент шума характеризует уровень искажений случайного характера, вносимых в сигнал при его прохождении через приемный тракт. Согласно формуле Фриза (1),
приведенной в работе <ref>p. 40-41 Matt Loy, «Understanding RF», Texas Instruments Incorporated, 1999</ref>, коэффициент шума всего приемного тракта определяется в первую очередь коэффициентом шума первого каскада, то есть малошумящего усилителя.

<latex>F_{total}=F_1+\frac{F_2-1}{\G_1}+\frac{F_3-1}{\G_1*G_2}+\frac{F_4-1}{\G_1*G_2*G_3}+... (1) </latex>

где <latex>F_{total}</latex> – коэффициент шума приемного тракта,<latex> G_i </latex> – коэффициент шума i-го каскада (i=1,2...), – коэффициент усиления по мощности i-го каскада.
Из формулы (1) следуют два важных требования к МШУ — низкий коэффициент шума и высокий коэффициент усиления по мощности.
В работе <ref>p. 5-7 H.J.Yoo, «Basic Concepts in RF Design», Information and Communications University Press, 2000</ref> выведена формула (2), из которой следует, что для повышения линейности преобразования сигнала необходимо уменьшать коэффициент усиления по мощности малошумящего усилителя.

<m> \frac{1}{\ IIP3_{total}}} = \frac{1}{\ IIP3_{1}}}+\frac{G_1}{\ IIP3_{2}}}+\frac{G_1*G_2}{\ IIP3_{3}}}... (2)</m>

где <latex> IIP3_{total} </latex> – точка интермодуляции по входу блока приемника,<latex> G_i </latex> – коэффициент усиления по мощности i-го каскада.
В формуле (2) и выражены в разах, а не в децибелах.

Физический смысл интермодуляционных составляющих третьего порядка виден на рисунке 2:

[[Файл:IIP3 fixed.png|250px|обрамить|центр|Рис. 2 Интермодуляционные составляющие (ИС) второго и третьего порядков, возникающие при подаче на вход приемника двух синусоидальных сигналов равного уровня с частотами f1 и f2 соответственно]]

Таким образом, при разработке МШУ возникает ряд противоречий:
#Для увеличения коэффициента усиления необходимо увеличивать ток стока активного транзистора, что приводит к увеличению тока потребления устройства.
#Увеличение коэффициента усиления приводит к уменьшению точки компрессии по входу усилителя, а, следовательно, к ухудшению линейности преобразования сигнала.
#Для улучшения параметров линейности необходимо уменьшать коэффициент усиления, что приводит к увеличению коэффициента шума усилителя.

:В связи с этим не существует универсального схемотехнического решения малошумящего усилителя и для каждого приемника необходимо разрабатывать&ensp;схему МШУ,
соответствующую требованиям технического задания. В общем случае, процесс разработки малошумящего усилителя выглядит следующим образом:

[[File:ариант 10 drawing 2013-10-06 17-08-29.svg]]

== Разработка малошумящего усилителя ==

Схема разработанного малошумящего усилителя приведена на рисунке 3.
[[Файл:Схема1.gif|обрамить|центр|Рис.3. Разработанная схема МШУ]]

:Применение схемы с индуктивным истоковым ослаблением (элементы L1, L2, N2) позволяет достичь хорошего согласования входного импеданса усилителя с сопротивлением антенны
(коэффициент стоячей волны по напряжению или КСВН < 1.5) одновременно с низким коэффициентом шума (NF<2 дБ).<ref>p.7 Edgar Sanchez-Sinencio, «Low Noise Amplifier», TAMU, 2010</ref> Использование каскода (элементы N2, N3) уменьшает влияние эффекта Миллера на схему, а также увеличивает выходное сопротивление усилителя, в связи с чем, увеличивает коэффициент усиления по мощности. LC-контур (элементы L3, C2) в схеме, приведенной на рисунке 2, позволяет получить высокий коэффициент усиления по мощности в заданном диапазоне частот. Для этого необходимо подобрать величины индуктивности и емкости так, чтобы резонансная частота контура совпадала с центральной частотой данного диапазона. Согласование выходного импеданса МШУ с сопротивлением нагрузки выполнено с использованием простейшей цепи согласования, называемой Г-цепью (элементы L4, C3).

== Заключение ==

:В процессе выполнения работы, была разработана электрическая схема малошумящего усилителя на Si МОП-технологии SMIC 0.18 мкм. Сравнение параметров полученного
малошумящего усилителя и МШУ, представленного в работе [http://ntlab.com/IPCatalog/AnalogMixedsignalIP/ByCategory/LNA/tabid/169/Default.aspx NTLab Systems LNA for GPS applications] приведено в таблице:

{| class="wide"
|-
! Параметр \ Схема !! В данной работе !! В работе [http://ntlab.com/IPCatalog/AnalogMixedsignalIP/ByCategory/LNA/tabid/169/Default.aspx NTLab Systems LNA for GPS applications]
|-
| Коэффициент усиления мощности || Gp=21 дБ || Gp=20 дБ
|-
| Коэффициент шума || NF<0.9 дБ || NF<1.5 дБ
|-
| Ток потребления || Isup=3.5 мА || Isup=7.2 мА
|-
| Входной импеданс || Rin=50 Ω || Rin=50 Ω
|-
| Выходной импеданс || Rout=50 Ω || Rout=50 Ω
|-
| Диапазон частот || 1550 MГц < f < 1610 MГц || 1550 MГц < f < 1610 MГц
|-
| КСВН по входу МШУ || VSWRin<1.2 || VSWRin<1.5
|-
| КСВН по выходу МШУ || VSWRout<1.4 || VSWRout<1.5
|-
| Точка компрессии по входу МШУ || CP1dB>-24 дБмВт || CP1dB>-28 дБмВт
|-
| Точка интермодуляции третьего порядка || IIP3>-14 дБмВт || IIP3>-18 дБмВт
|-
|}

Вариант 10

2013-11-23T19:33:39Z

Next allmigthy:

= Разработка малошумящего усилителя и исследование его параметров =
{| class="wikitable"
|-
! Название главы !! Дата начала !! Дата окончания
|-
| Основные параметры малошумящего усилителя || 01.10.2012 || 01.12.2012
|-
| Разработка схемы малошумящего усилителя || 02.12.2012 || 02.03.2013
|-
| Анализ результатов || 03.03.2013 || 21.03.2013
|}

{| class="wikitable"
|-
! Название главы !! Отметка о завершении
|-
| Введение || Ок
|-
| Основные параметры малошумящего усилителя || Ок
|-
| Анализ известных схемотехнических решений МШУ || Ок
|-
| Разработка схемы малошумящего усилителя || Ок
|-
| Анализ полученных результатов || Ок
|}

== Введение ==
:Беспроводные технологии быстро становятся общепринятым стандартом, который оказывает всестороннее влияние на нашу жизнь. К настоящему времени&ensp;люди уже привыкли к
таким устройствам, как GPS-навигаторы, мобильные телефоны, беспроводные модемы и многие другие. Неотъемлемая часть любого устройства с беспроводной связью – приемник сигналов. Упрощенная блок-схема высокочастотного (ВЧ) приемника приведена на рисунке 1.

[[Файл:Блок-схема-мини.jpg|500px|мини|центр|Рис.1. Упрощенная блок-схема ВЧ-приемника]]

:Одним из блоков ВЧ-приемника является малошумящий усилитель (МШУ). Задачей МШУ является предварительное усиление сигнала, поступающего на антенну приемника, до
величины, необходимой для дальнейшей его обработки, с минимальным внесением в сигнал искажений и шумов. <ref> p.166-170 Behzad Razavi, «RF Microelectronics», Prentice Hall, NJ, 1998 </ref>
:В данной работе описан процесс разработки малошумящего усилителя на МОП-транзисторах, изготовленных по технологии SMIC 0.18 мкм.Разрабатываемое устройство является
частью GPS-приемника, который работает в диапазоне частот 1550-1610 МГц. В данной полосе частот коэффициент усиления по мощности МШУ больше 20 дБ, коэффициент шума меньше 1 дБ. Потребляемая мощность усилителя менее 4 мВт.

== Основные параметры малошумящего усилителя ==

К основным параметрам МШУ относятся:
* коэффициент усиления
* коэффициент шума
* параметры, определяющие линейность преобразования:
# точка компрессии по входу МШУ
# точка интермодуляции третьего порядка
* ток потребления

:Коэффициент шума характеризует уровень искажений случайного характера, вносимых в сигнал при его прохождении через приемный тракт. Согласно формуле Фриза (1),
приведенной в работе <ref>p. 40-41 Matt Loy, «Understanding RF», Texas Instruments Incorporated, 1999</ref>, коэффициент шума всего приемного тракта определяется в первую очередь коэффициентом шума первого каскада, то есть малошумящего усилителя.

<latex>F_{total}=F_1+\frac{F_2-1}{\G_1}+\frac{F_3-1}{\G_1*G_2}+\frac{F_4-1}{\G_1*G_2*G_3}+... (1) </latex>

где <latex>F_{total}</latex> – коэффициент шума приемного тракта,<latex> G_i </latex> – коэффициент шума i-го каскада (i=1,2...), – коэффициент усиления по мощности i-го каскада.
Из формулы (1) следуют два важных требования к МШУ — низкий коэффициент шума и высокий коэффициент усиления по мощности.
В работе <ref>p. 5-7 H.J.Yoo, «Basic Concepts in RF Design», Information and Communications University Press, 2000</ref> выведена формула (2), из которой следует, что для повышения линейности преобразования сигнала необходимо уменьшать коэффициент усиления по мощности малошумящего усилителя.

<m> \frac{1}{\ IIP3_{total}}} = \frac{1}{\ IIP3_{1}}}+\frac{G_1}{\ IIP3_{2}}}+\frac{G_1*G_2}{\ IIP3_{3}}}... (2)</m>

где <latex> IIP3_{total} </latex> – точка интермодуляции по входу блока приемника,<latex> G_i </latex> – коэффициент усиления по мощности i-го каскада.
В формуле (2) и выражены в разах, а не в децибелах.

Физический смысл интермодуляционных составляющих третьего порядка виден на рисунке 2:

[[Файл:IIP3 fixed.png|250px|обрамить|центр|Рис. 2 Интермодуляционные составляющие (ИС) второго и третьего порядков, возникающие при подаче на вход приемника двух синусоидальных сигналов равного уровня с частотами f1 и f2 соответственно]]

Таким образом, при разработке МШУ возникает ряд противоречий:
#Для увеличения коэффициента усиления необходимо увеличивать ток стока активного транзистора, что приводит к увеличению тока потребления устройства.
#Увеличение коэффициента усиления приводит к уменьшению точки компрессии по входу усилителя, а, следовательно, к ухудшению линейности преобразования сигнала.
#Для улучшения параметров линейности необходимо уменьшать коэффициент усиления, что приводит к увеличению коэффициента шума усилителя.

:В связи с этим не существует универсального схемотехнического решения малошумящего усилителя и для каждого приемника необходимо разрабатывать&ensp;схему МШУ,
соответствующую требованиям технического задания. В общем случае, процесс разработки малошумящего усилителя выглядит следующим образом:

[[File:ариант 10 drawing 2013-10-06 17-08-29.svg]]

== Разработка малошумящего усилителя ==

Схема разработанного малошумящего усилителя приведена на рисунке 3.
[[Файл:Схема1.gif|обрамить|центр|Рис.3. Разработанная схема МШУ]]

:Применение схемы с индуктивным истоковым ослаблением (элементы L1, L2, N2) позволяет достичь хорошего согласования входного импеданса усилителя с сопротивлением антенны
(коэффициент стоячей волны по напряжению или КСВН < 1.5) одновременно с низким коэффициентом шума (NF<2 дБ).<ref>p.7 Edgar Sanchez-Sinencio, «Low Noise Amplifier», TAMU, 2010</ref> Использование каскода (элементы N2, N3) уменьшает влияние эффекта Миллера на схему, а также увеличивает выходное сопротивление усилителя, в связи с чем, увеличивает коэффициент усиления по мощности. LC-контур (элементы L3, C2) в схеме, приведенной на рисунке 2, позволяет получить высокий коэффициент усиления по мощности в заданном диапазоне частот. Для этого необходимо подобрать величины индуктивности и емкости так, чтобы резонансная частота контура совпадала с центральной частотой данного диапазона. Согласование выходного импеданса МШУ с сопротивлением нагрузки выполнено с использованием простейшей цепи согласования, называемой Г-цепью (элементы L4, C3).

== Заключение ==

:В процессе выполнения работы, была разработана электрическая схема малошумящего усилителя на Si МОП-технологии SMIC 0.18 мкм. Сравнение параметров полученного
малошумящего усилителя и МШУ, представленного в работе [http://ntlab.com/IPCatalog/AnalogMixedsignalIP/ByCategory/LNA/tabid/169/Default.aspx NTLab Systems LNA for GPS applications] приведено в таблице:

{| class="standart"
|-
! Параметр \ Схема !! В данной работе !! В работе [http://ntlab.com/IPCatalog/AnalogMixedsignalIP/ByCategory/LNA/tabid/169/Default.aspx NTLab Systems LNA for GPS applications]
|-
| Коэффициент усиления мощности || Gp=21 дБ || Gp=20 дБ
|-
| Коэффициент шума || NF<0.9 дБ || NF<1.5 дБ
|-
| Ток потребления || Isup=3.5 мА || Isup=7.2 мА
|-
| Входной импеданс || Rin=50 Ω || Rin=50 Ω
|-
| Выходной импеданс || Rout=50 Ω || Rout=50 Ω
|-
| Диапазон частот || 1550 MГц < f < 1610 MГц || 1550 MГц < f < 1610 MГц
|-
| КСВН по входу МШУ || VSWRin<1.2 || VSWRin<1.5
|-
| КСВН по выходу МШУ || VSWRout<1.4 || VSWRout<1.5
|-
| Точка компрессии по входу МШУ || CP1dB>-24 дБмВт || CP1dB>-28 дБмВт
|-
| Точка интермодуляции третьего порядка || IIP3>-14 дБмВт || IIP3>-18 дБмВт
|-
|}

2013-11-23T15:24:23Z

Next allmigthy:

Вариант 10

2013-11-23T15:24:07Z

Next allmigthy:

= Разработка малошумящего усилителя и исследование его параметров =
== Введение ==
:Беспроводные технологии быстро становятся общепринятым стандартом, который оказывает всестороннее влияние на нашу жизнь. К настоящему времени&ensp;люди уже привыкли к
таким устройствам, как GPS-навигаторы, мобильные телефоны, беспроводные модемы и многие другие. Неотъемлемая часть любого устройства с беспроводной связью – приемник сигналов. Упрощенная блок-схема высокочастотного (ВЧ) приемника приведена на рисунке 1.

[[Файл:Блок-схема-мини.jpg|500px|мини|центр|Рис.1. Упрощенная блок-схема ВЧ-приемника]]

:Одним из блоков ВЧ-приемника является малошумящий усилитель (МШУ). Задачей МШУ является предварительное усиление сигнала, поступающего на антенну приемника, до
величины, необходимой для дальнейшей его обработки, с минимальным внесением в сигнал искажений и шумов.[1, с.166-170].
:В данной работе описан процесс разработки малошумящего усилителя на МОП-транзисторах, изготовленных по технологии SMIC 0.18 мкм.Разрабатываемое устройство является
частью GPS-приемника, который работает в диапазоне частот 1550-1610 МГц. В данной полосе частот коэффициент усиления по мощности МШУ больше 20 дБ, коэффициент шума меньше 1 дБ. Потребляемая мощность усилителя менее 4 мВт.

== Основные параметры малошумящего усилителя ==

К основным параметрам МШУ относятся:
* коэффициент усиления
* коэффициент шума
* параметры, определяющие линейность преобразования:
# точка компрессии по входу МШУ
# точка интермодуляции третьего порядка
* ток потребления

:Коэффициент шума характеризует уровень искажений случайного характера, вносимых в сигнал при его прохождении через приемный тракт. Согласно формуле Фриза (1),
приведенной в работе [2, c.40-41], коэффициент шума всего приемного тракта определяется в первую очередь коэффициентом шума первого каскада, то есть малошумящего усилителя.

<latex>F_{total}=F_1+\frac{F_2-1}{\G_1}+\frac{F_3-1}{\G_1*G_2}+\frac{F_4-1}{\G_1*G_2*G_3}+... (1) </latex>

где <latex>F_{total}</latex> – коэффициент шума приемного тракта,<latex> G_i </latex> – коэффициент шума i-го каскада (i=1,2...), – коэффициент усиления по мощности i-го каскада.
Из формулы (1) следуют два важных требования к МШУ — низкий коэффициент шума и высокий коэффициент усиления по мощности.
В работе [3, с.5-7] выведена формула (2), из которой следует, что для повышения линейности преобразования сигнала необходимо уменьшать коэффициент усиления по мощности малошумящего усилителя.

<m> \frac{1}{\ IIP3_{total}}} = \frac{1}{\ IIP3_{1}}}+\frac{G_1}{\ IIP3_{2}}}+\frac{G_1*G_2}{\ IIP3_{3}}}... (2)</m>

где <latex> IIP3_{total} </latex> – точка интермодуляции по входу блока приемника,<latex> G_i </latex> – коэффициент усиления по мощности i-го каскада.
В формуле (2) и выражены в разах, а не в децибелах.

Физический смысл интермодуляционных составляющих третьего порядка виден на рисунке 2:

[[Файл:IIP3.png|250px|обрамить|центр|Рис. 2 Интермодуляционные составляющие (ИС) второго и третьего порядков, возникающие при подаче на вход приемника двух синусоидальных сигналов равного уровня с частотами f1 и f2 соответственно]]

Таким образом, при разработке МШУ возникает ряд противоречий:
#Для увеличения коэффициента усиления необходимо увеличивать ток стока активного транзистора, что приводит к увеличению тока потребления устройства.
#Увеличение коэффициента усиления приводит к уменьшению точки компрессии по входу усилителя, а, следовательно, к ухудшению линейности преобразования сигнала.
#Для улучшения параметров линейности необходимо уменьшать коэффициент усиления, что приводит к увеличению коэффициента шума усилителя.

:В связи с этим не существует универсального схемотехнического решения малошумящего усилителя и для каждого приемника необходимо разрабатывать&ensp;схему МШУ,
соответствующую требованиям технического задания.

== Разработка малошумящего усилителя ==

== Заключение ==

Вариант 10

2013-11-23T15:22:46Z

Next allmigthy:

= Разработка малошумящего усилителя и исследование его параметров =
== Введение ==
:Беспроводные технологии быстро становятся общепринятым стандартом, который оказывает всестороннее влияние на нашу жизнь. К настоящему времени&ensp;люди уже привыкли к
таким устройствам, как GPS-навигаторы, мобильные телефоны, беспроводные модемы и многие другие. Неотъемлемая часть любого устройства с беспроводной связью – приемник сигналов. Упрощенная блок-схема высокочастотного (ВЧ) приемника приведена на рисунке 1.

[[Файл:Блок-схема-мини.jpg|500px|мини|центр|Рис.1. Упрощенная блок-схема ВЧ-приемника]]

:Одним из блоков ВЧ-приемника является малошумящий усилитель (МШУ). Задачей МШУ является предварительное усиление сигнала, поступающего на антенну приемника, до
величины, необходимой для дальнейшей его обработки, с минимальным внесением в сигнал искажений и шумов.[1, с.166-170].
:В данной работе описан процесс разработки малошумящего усилителя на МОП-транзисторах, изготовленных по технологии SMIC 0.18 мкм.Разрабатываемое устройство является
частью GPS-приемника, который работает в диапазоне частот 1550-1610 МГц. В данной полосе частот коэффициент усиления по мощности МШУ больше 20 дБ, коэффициент шума меньше 1 дБ. Потребляемая мощность усилителя менее 4 мВт.

== Основные параметры малошумящего усилителя ==

К основным параметрам МШУ относятся:
* коэффициент усиления
* коэффициент шума
* параметры, определяющие линейность преобразования:
# точка компрессии по входу МШУ
# точка интермодуляции третьего порядка
* ток потребления

:Коэффициент шума характеризует уровень искажений случайного характера, вносимых в сигнал при его прохождении через приемный тракт. Согласно формуле Фриза (1),
приведенной в работе [2, c.40-41], коэффициент шума всего приемного тракта определяется в первую очередь коэффициентом шума первого каскада, то есть малошумящего усилителя.

<latex>F_{total}=F_1+\frac{F_2-1}{\G_1}+\frac{F_3-1}{\G_1*G_2}+\frac{F_4-1}{\G_1*G_2*G_3}+... (1) </latex>

где <latex>F_{total}</latex> – коэффициент шума приемного тракта,<latex> G_i </latex> – коэффициент шума i-го каскада (i=1,2...), – коэффициент усиления по мощности i-го каскада.
Из формулы (1) следуют два важных требования к МШУ — низкий коэффициент шума и высокий коэффициент усиления по мощности.
В работе [3, с.5-7] выведена формула (2), из которой следует, что для повышения линейности преобразования сигнала необходимо уменьшать коэффициент усиления по мощности малошумящего усилителя.

<m> \frac{1}{\ IIP3_{total}}} = \frac{1}{\ IIP3_{1}}}+\frac{G_1}{\ IIP3_{2}}}+\frac{G_1*G_2}{\ IIP3_{3}}}... (2)</m>

где <latex> IIP3_{total} </latex> – точка интермодуляции по входу блока приемника,<latex> G_i </latex> – коэффициент усиления по мощности i-го каскада.
В формуле (2) и выражены в разах, а не в децибелах.

Физический смысл интермодуляционных составляющих третьего порядка виден на рисунке 2:

Таким образом, при разработке МШУ возникает ряд противоречий:
#Для увеличения коэффициента усиления необходимо увеличивать ток стока активного транзистора, что приводит к увеличению тока потребления устройства.
#Увеличение коэффициента усиления приводит к уменьшению точки компрессии по входу усилителя, а, следовательно, к ухудшению линейности преобразования сигнала.
#Для улучшения параметров линейности необходимо уменьшать коэффициент усиления, что приводит к увеличению коэффициента шума усилителя.

:В связи с этим не существует универсального схемотехнического решения малошумящего усилителя и для каждого приемника необходимо разрабатывать&ensp;схему МШУ,
соответствующую требованиям технического задания.

== Разработка малошумящего усилителя ==

== Заключение ==

Вариант 10

2013-11-23T15:16:57Z

Next allmigthy:

= Разработка малошумящего усилителя и исследование его параметров =
== Введение ==
:Беспроводные технологии быстро становятся общепринятым стандартом, который оказывает всестороннее влияние на нашу жизнь. К настоящему времени&ensp;люди уже привыкли к
таким устройствам, как GPS-навигаторы, мобильные телефоны, беспроводные модемы и многие другие. Неотъемлемая часть любого устройства с беспроводной связью – приемник сигналов. Упрощенная блок-схема высокочастотного (ВЧ) приемника приведена на рисунке 1.

[[Файл:Блок-схема-мини.jpg|500px|мини|центр|Рис.1. Упрощенная блок-схема ВЧ-приемника]]

:Одним из блоков ВЧ-приемника является малошумящий усилитель (МШУ). Задачей МШУ является предварительное усиление сигнала, поступающего на антенну приемника, до
величины, необходимой для дальнейшей его обработки, с минимальным внесением в сигнал искажений и шумов.[1, с.166-170].
:В данной работе описан процесс разработки малошумящего усилителя на МОП-транзисторах, изготовленных по технологии SMIC 0.18 мкм.Разрабатываемое устройство является
частью GPS-приемника, который работает в диапазоне частот 1550-1610 МГц. В данной полосе частот коэффициент усиления по мощности МШУ больше 20 дБ, коэффициент шума меньше 1 дБ. Потребляемая мощность усилителя менее 4 мВт.

== Основные параметры малошумящего усилителя ==

К основным параметрам МШУ относятся:
* коэффициент усиления
* коэффициент шума
* параметры, определяющие линейность преобразования:
# точка компрессии по входу МШУ
# точка интермодуляции третьего порядка
* ток потребления

:Коэффициент шума характеризует уровень искажений случайного характера, вносимых в сигнал при его прохождении через приемный тракт. Согласно формуле Фриза (1),
приведенной в работе [2, c.40-41], коэффициент шума всего приемного тракта определяется в первую очередь коэффициентом шума первого каскада, то есть малошумящего усилителя.

<latex>F_{total}=F_1+\frac{F_2-1}{\G_1}+\frac{F_3-1}{\G_1*G_2}+\frac{F_4-1}{\G_1*G_2*G_3}+... (1) </latex>

где <latex>F_{total}</latex> – коэффициент шума приемного тракта,<latex> G_i </latex> – коэффициент шума i-го каскада (i=1,2...), – коэффициент усиления по мощности i-го каскада.
Из формулы (1) следуют два важных требования к МШУ — низкий коэффициент шума и высокий коэффициент усиления по мощности.
В работе [3, с.5-7] выведена формула (2), из которой следует, что для повышения линейности преобразования сигнала необходимо уменьшать коэффициент усиления по мощности малошумящего усилителя.

<m> \frac{1}{\ IIP3_{total}}} = \frac{1}{\ IIP3_{1}}}+\frac{G_1}{\ IIP3_{2}}}+\frac{G_1*G_2}{\ IIP3_{3}}}... (2)</m>

где <latex> IIP3_{total} </latex> – точка интермодуляции по входу блока приемника,<latex> G_i </latex> – коэффициент усиления по мощности i-го каскада.
В формуле (2) и выражены в разах, а не в децибелах.

Таким образом, при разработке МШУ возникает ряд противоречий:
#Для увеличения коэффициента усиления необходимо увеличивать ток стока активного транзистора, что приводит к увеличению тока потребления устройства.
#Увеличение коэффициента усиления приводит к уменьшению точки компрессии по входу усилителя, а, следовательно, к ухудшению линейности преобразования сигнала.
#Для улучшения параметров линейности необходимо уменьшать коэффициент усиления, что приводит к увеличению коэффициента шума усилителя.

:В связи с этим не существует универсального схемотехнического решения малошумящего усилителя и для каждого приемника необходимо разрабатывать&ensp;схему МШУ,
соответствующую требованиям технического задания.

== Разработка малошумящего усилителя ==

== Заключение ==

Файл:Блок-схема-мини.jpg

2013-11-23T14:26:55Z

Next allmigthy:

Вариант 10

2013-11-23T14:26:32Z

Next allmigthy:

Вариант 10

2013-11-23T14:08:36Z

Next allmigthy:

Вариант 10

2013-11-23T14:04:31Z

Next allmigthy:

= Разработка малошумящего усилителя и исследование его параметров =
== Введение ==
:Беспроводные технологии быстро становятся общепринятым стан-дартом, который оказывает всестороннее влияние на нашу жизнь. К настоящему времени&ensp;люди уже привыкли к таким устройствам, как GPS-навигаторы, мобильные телефоны, беспроводные модемы и многие другие. Неотъемлемая часть любого устройства с беспроводной связью – приемник сигналов. Упрощенная блок-схема высокочастотного (ВЧ) приемника приведена на рисунке 1.
== Основные параметры малошумящего усилителя ==

К основным параметрам МШУ относятся:
* коэффициент усиления
* коэффициент шума
* параметры, определяющие линейность преобразования:
# точка компрессии по входу МШУ
# точка интермодуляции третьего порядка
* ток потребления

== Разработка малошумящего усилителя ==

== Заключение ==

2013-11-18T14:38:29Z

Next allmigthy: Новая страница: «= Разработка и анализ малошумящего усилителя для приемника стандарта IEEE 802.15.4 = == Введени…»

= Разработка и анализ малошумящего усилителя для приемника стандарта IEEE 802.15.4 =

== Введение ==
:Приемники стандарта IEEE 802.15.4 (Bluetooth с пониженным энергопотреблением) на сегодняшний день активно используется в мобильных устройствах,
различных миниатюрных электронных датчиках (использующихся в спортивной обуви, тренажёрах, миниатюрных сенсорах, размещаемых на теле пациентов,
в умных домах и т. д.).
:Малошумящий усилитель – первый блок высокочастотного приемника. От его характеристик (в частности, от коэффициента шума, коэффициента усиления
мощности и линейности) сильно зависят требуемые характеристики последующих блоков приемника. Таким образом, разработка малошумящего усилителя –
важный этап в разработке приемника в целом.

== Глава 1. Выбор схемотехнического решения МШУ ==

:Существует много различных схемотехнических решений МШУ. В данной главе выделим преимущества и недостатки наиболее распространённых из них.
Предварительно рассмотрим основные параметры малошумящих усилителей.

=== 1.1 Основные параметры малошумящего усилителя ===

К основным параметрам МШУ относятся:
* коэффициент усиления
* коэффициент шума
* параметры, определяющие линейность преобразования:
# точка компрессии по входу МШУ
# точка интермодуляции третьего порядка
* ток потребления

== Заключение ==