7 Dicas Essenciais para Projetar Amplificadores RF de Baixo Ruído

O novo design excitante de front-end RF de transceptores de radiofrequência (RF) de alto desempenho garante a melhor tecnologia persuasiva. Geralmente falando, se você planeja melhorá-lo apenas aumentando a largura do transistor ou tensão de alimentação, criará problemas de design. Você pode precisar de um tamanho maior de PCBs, e haverá mais consumo de energia. Neste artigo, apresentaremos dicas para a estrutura de design de um amplificador de baixo ruído (LNA) para receptores/transceptores RF.

Nós o ajudaremos a produzir PCBs LNA que dão desempenho máximo operando em baixa potência.

Projete Circuito Amplificador de Baixo Ruído com Baixa Figura de Ruído

Seria útil se você criasse esquemáticos inovadores de amplificador de baixo ruído para diminuir seu consumo de potência e tensão. Um amplificador de baixo ruído amplifica a potência do sinal da antena enquanto garante que o ruído seja menor. Ele forneceria ganho suficiente para superar o ruído dos próximos estágios.

Geralmente, um esquemático LNA tem blocos de correspondência de impedância de entrada e saída com um bloco de amplificação entre eles. Você deve garantir verificar as restrições de ganho do seu front-end RF e então minimizar a figura de ruído de acordo. Por exemplo, pode haver uma restrição de que o ganho máximo alcançável é 20 dB em radiofrequência de 2,4 GHz.

Recomendaríamos que você projete um amplificador de ruído linear com indutores. Eles são reativos, e assim não colocarão nenhum ruído em sua PCB. É um fato que a ressonância LC sempre melhora o desempenho de ruído e ganho do LNA.

Calcule Figura de Ruído e Métricas de Desempenho de Ganho

Então, nós apenas dissemos a você para manter a figura de ruído da PCB baixa. Mas como você pode garantir que ela é baixa? Você precisará derivar uma fórmula e então fazer uma análise. Comumente, você obterá uma figura de ruído e métricas de desempenho de ganho para verificar a atividade do seu PCB LNA.

Geralmente, você pode calcular o ganho de qualquer circuito LNA derivando uma fórmula que inclui impedância de carga e a transcondutância efetiva dos transistores. Para figura de ruído, você pode usar a seguinte fórmula geral para análise:

Use PCB Multicamada para Amplificador de Baixo Ruído.

É importante notar que o PCB de amplificador de baixo ruído estaria trabalhando em Radiofrequência. Portanto, se você projetar um layout de PCB de 4 camadas, manterá um plano de terra constante. Isso permitirá ainda desacoplamento RF distribuído de uma área de potência DC entre duas camadas principais de plano de terra.

O layout de PCB de um esquemático de circuito amplificador de baixo ruído requer um ponto de referência RF comum. É um ponto de terra RF para todos os sinais RF de uma porta de entrada ou saída. Adicionando um terra comum, você garantirá que todos os pontos estão no mesmo potencial.

Em um design de PCB de 4 camadas, você pode definir um plano de potência, dois planos de terra e uma camada de traço de circuito. Além disso, seria útil se você projetasse adequadamente a forma e largura de traços de cobre. Isso diminuirá a indutância distribuída, capacitância e resistência no circuito amplificador de baixo ruído.

Um PCB de 4 camadas também permitirá que você obtenha um tamanho gerenciável de uma linha microstrip. Uma linha microstrip é um condutor metálico altamente condutivo em uma PCB de faixa RF. Você pode contatar o fabricante de PCB para calcular parâmetros como constante dielétrica, pesos de cobre, dados de material, espessura do núcleo e empilhamento de camadas padrão. Usando esta informação, você pode facilmente combinar a linha microstrip ao valor de impedância requerido. Finalmente, seria útil se você projetasse traços de bias completos para reduzir a resistência do caminho.

Use Dispositivos de Montagem em Superfície em PCB de Amplificador de Baixo Ruído

Tecnologia de montagem em superfície é uma maneira na qual você monta diretamente os componentes elétricos em uma placa de circuito impresso. Se você usar dispositivos de montagem em superfície, obterá traços de cobre mais curtos e tamanhos menores de PCB de amplificador de ruído. E, em um circuito RF, reduzirá resistência e capacitância parasitas.

Além disso, seria útil se você mantivesse as conexões entre componentes de montagem em superfície e terra curtas. É para diminuir a impedância. Você também pode fazer isso projetando duas ou três vias paralelas no plano de terra.

Outro ponto crítico é definir a faixa de temperatura de teste do seu circuito amplificador de baixo ruído. Seus componentes de montagem em superfície devem ser capazes de funcionar dentro desta faixa de temperatura. Além disso, você pode usar conectores banana para tensão de bias, terra e conexões de alimentação. Para obter conectividade RF, você pode usar conectores SMA em seu PCB de amplificador de baixo ruído. Além de serem pequenos em tamanho, oferecem uma ampla faixa de frequência e alta confiabilidade.

Amplificador de Baixo Ruído – Selecione um Material de PCB Adequado para Circuito Amplificador de Baixo Ruído

Um material de PCB aceitável pode ajudar o design do seu amplificador de baixo ruído. Ele mitigará o nível de calor nas restrições do amplificador como figura de ruído e ganho. Em conjunto, a seleção de PCB pode fazer uma contribuição significativa para o nível final de desempenho do seu design LNA.

Seria útil se você considerasse várias propriedades de material de PCB como candidato de design para um Amplificador de Baixo Ruído. Estes parâmetros incluem fator de dissipação (Df), constante dielétrica (DK ou εr), condutividade térmica, coeficiente de temperatura de Dk e tolerância de espessura do substrato.

Por exemplo, você deve regular estritamente o Dk do material de PCB através do material para alcançar correspondência de impedância rígida. Seria útil se você frequentemente tivesse isso para manter figuras de ruído do amplificador baixas. Além disso, o coeficiente de temperatura da constante dielétrica (Tc Dk) também afeta estas figuras de ruído e redes de correspondência de impedância.

Amplificador de Baixo Ruído – Projete seu PCB Conforme Requisitos de Sinais de Alta Frequência

Lembre-se sempre que você está lidando com sinais de alta frequência no seu pequeno circuito amplificador de ruído. A PCB operará na faixa de radiofrequência, então você deve projetá-la de acordo. Como já discutimos, é necessário usar uma placa multicamada para reduzir interferência. O ruído de uma placa de 4 camadas é 20 dB menor que para uma placa de painel duplo com o mesmo material. Ao mesmo tempo, no entanto, também há uma preocupação de que a produção seria mais complicada. O custo seria maior, e você precisaria da expertise para projetar o layout da PCB.

Os sinais RF no circuito amplificador de baixo ruído não devem desenvolver um loop durante a fiação. Se você não pode evitar, pode garantir mantê-lo o menor possível. Você também deve prestar atenção ao crosstalk, que pode desenvolver a uma distância próxima de linhas de sinal paralelas. Crosstalk é o sinal de ruído indesejável entre sinais RF devido à interferência de campos eletromagnéticos próximos.

Existem diferentes métodos para evitar crosstalk. Você pode tentar conectar as linhas paralelas em uma camada em perpendicular e as diferentes camadas. Também, você deve usar um número menor de vias no seu design de amplificador de baixo ruído. Aumentará a velocidade e diminuirá erros de dados. Finalmente, por favor, mantenha os fios entre os pinos mais curtos. É para evitar acoplamento com os componentes devido a condutores de sinal RF mais longos.

Alcançe Circuitaria de Correspondência de Impedância Rígida do seu Amplificador de Baixo Ruído

Seria útil se você tentasse obter correspondência de impedância rígida para seu amplificador de baixo ruído. Conta para desempenho de ruído ótimo, filtragem e fornece estabilidade de entrada e saída. Elementos passivos como resistores, linhas de strip, capacitores e indutores compõem o circuito de correspondência.

As tolerâncias de material de PCB como espessura de cobre e tolerâncias de largura de condutor influenciam esta circuitaria. Se houver quaisquer problemas relacionados à fabricação do circuito, também influenciará seus circuitos de correspondência de impedância. O tamanho destas tolerâncias depende do design específico do sistema LNA.

Por exemplo, tolerância de espessura de cobre tem impacto mais significativo em estruturas de acoplamento, como circuitos coplanares.

Por outro lado, a influência na largura e espessura do condutor do circuito do substrato está preocupada. Canais mais finos exibem ajuste de impedância mais significativo que cursos mais grossos para um aumento na largura do condutor.

Tolerância DK é outro parâmetro para PCB, que pode influenciar suas redes de correspondência de impedância requeridas em designs LNA.

Resumo

Então, estas são algumas dicas que você pode seguir para projetar seu circuito amplificador de baixo ruído corretamente. Você precisa das redes certas de correspondência de impedância, material de PCB, camadas de PCB, circuitos de bias, figura de ruído e ganho. Você pode garantir um design de qualidade projetando seu PCB de amplificador de baixo ruído de acordo com requisitos de sinais de frequência RF.

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