剖析低噪聲輸入保護放大器的閃光點

2020-12-03 騰訊網

高靈敏度接收機要求低噪聲放大器（LNA）對極弱的信號也具備靈敏度，但同時這種靈敏度也會導致接收機前端的低噪聲放大器出現脫敏或是其潛在性能減弱或損壞的風險。當低噪聲放大器輸入端的信號強度超過輸入信號的功率閾值時，其潛在性能損壞和減弱的可能性將會變得越來越大。低噪聲放大器在暴露處理高輸入功率信號時失效的兩種常見原因是：高射頻功率損耗導致過熱；以及低噪聲放大器的電晶體輸入端的高射頻電壓導致過應力。

低噪聲放大器通常由小型電晶體構成，並針對低噪聲、低相位噪聲和高線性度優化金屬互連。因此，當高射頻信號功率通過這些窄小跡線和小型電晶體時，會產生大量的射頻損耗，從而導致過熱。

針對可能會被幹擾或是要與高功率射頻或微波系統進行配合的雷達、傳感、成像以及通信電路，必須考慮到高輸入功率的產生。 以上領域可能涉及到航空航天、衛星、國防以及海軍等領域。此外，最新的相控陣和多輸入、多輸出（MIMO）的雷達技術天生就面臨著發射天線和接收天線耦合的高射頻輸入功率電平的問題。

在這些應用中，低噪聲放大器的輸入保護功能至關重要。但是，從天線到數位化電子設備的信號鏈中，添加任何電路都可能會導致線性度降低、噪聲增大和相位噪聲增大。

考慮到噪聲和相位噪聲是信號鏈各組件、設備的加性效應，首先應考慮將信號鏈中各組件和設備的數量，以及它們各自的噪聲和相位噪聲響應降至最低。低噪聲放大器進行輸入保護的方法之一，就是使用低損耗輸入PIN二極體限制器以及低噪聲放大器增益級，該放大器增益級由高輸入功率閾值的電晶體組成。

PIN二極體限制器實質上就是入射功率控制的可變電阻器。PIN限制器二極體的阻抗在低信號功率電平下最強。基於此種設計，PIN限制器二極體的插入損耗在高阻抗的狀態下最小。這是令人滿意的，因為在信號鏈中，該部分的任何插入損耗都會導致接收器靈敏度降低。

如果限制器的輸入端產生超過二極體閾值的大功率輸入信號，那麼限制器的阻抗將會迅速降低。這就會導致阻抗失諧，從而將沿信號鏈將信號功率反射回去。由此在低噪聲放大器輸入端所產生的信號就弱得多，以免因暫時性的脫敏導致噪聲放大器的損壞。

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