低频低噪声高增益放大器

第３２卷　第３期２００９年６月电子器件ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌＯｆＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓＶｏｌ．３２　Ｎｏ．３Ｊｕｎ．２００９ＤｅｓｉｇｎａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆａＨｉｇｈＧａｉｎＬｏｗＮｏｉｓｅａｎｄＬｏｗＰｏｗｅｒＴｒａｎｓ－ＩｍｐｅｄａｎｃｅＡｍｐｌｉｆｉｅｒ倡ＴＡＮＧＬｉｔｉａｎ，ＺＨＡＮＧＨａｉｙｉｎｇ倡，ＨＵＡＮＧＱｉｎｇｈｕａ，ＬＩＸｉａｏ，ＹＩＮＪｕｎｊｉａｎ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｈｉｇｈｇａｉｎ，ｌｏｗｎｏｉｓｅａｎｄｌｏｗｐｏｗｅｒｔｒａｎｓ－ｉｍｐｅｄａｎｃｅａｍｐｌｉｆｉｅｒｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｕｓｉｎｇＴＳＭＣ０．１８μｍＣＭＯＳｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ａｉｍｉｎｇａｔｓｏｍｅｐｒａｃｔｉｃｅｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅｈａｖｉｎｇａｈｉｇｈｐａｒａｓｉｔｉｃｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｏｆ３ｐＦ，ＲＧＣｉｎｐｕｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈｏｕｔｆｅｅｄｂａｃｋｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｉｓｕｓｅｄｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｇｏｏｄｔｒａｄｅｏｆｆｂｅｔｗｅｅｎｇａｉｎ，ｂａｎｄｗｉｄｔｈ，ｎｏｉｓｅ，ｄｙｎａｍｉｃｒａｎｇｅａｎｄｌｏｗｅｒｐｏｗｅｒｖｏｌｔａｇｅ．Ｔｅｓｔｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅ：ｔｈｅｓｉｎｇｌｅ－ｅｎｄｔｒａｎｓ－ｉｍｐｅｄａｎｃｅｇａｉｎｉｓ７８ｄＢ・Ω，ｔｈｅ－３ｄＢｂａｎｄ－ｗｉｄｔｈｉｓｂｅｙｏｎｄ３００ＭＨｚ，ｔｈｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｉｎｐｕｔｃｕｒｒｅｎｔｎｏｉｓｅｓｐｅｃｔｒａｌｄｅｎｓｉｔｙａｔ１００ＭＨｚｉｓ６．３ｐＡ／Ｈｚ，ａｎｄｔｈｅｐｏｗｅｒｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｉｓｏｎｌｙ１４．４ｍＷ．Ｔｈｅｄｉｅｓｉｚｅ（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇａｌｌｔｈｅＰＡＤｓ）ｉｓａｓｓｍａｌｌａｓ５００μｍ×４６０μｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓ－ｉｍｐｅｄａｎｃｅａｍｐｌｉｆｉｅｒ；ｒｅｇｕｌａｔｅｄｃａｓｃｏｄｅ（ＲＧＣ）；ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｉｎｐｕｔｃｕｒｒｅｎｔｎｏｉｓｅｓｐｅｃｔｒａｌｄｅｎｓｉｔｙ；０．１８μｍＣＭＯＳｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＥＥＡＣＣ：２５７０Ｄ；１２２０；５２３０一种高增益低噪声低功耗跨阻放大器设计与实现倡唐立田，张海英倡，黄清华，李　潇，尹军舰（中国科学院微电子研究所微波器件与电路研究室，北京１０００２９）收稿日期：２００９－０２－２０基金项目：国家自然科学基金资助（６０２７６０２１）；国家重点基础研究发展规划项目资助（Ｇ２００２ＣＢ３１１９０１）作者简介：唐立田（１９８３－），男，目前为中国科学院微电子研究所硕士研究生，主要研究方向为模拟与射频集成电路设计，ｔａｎｇ２００３８３１＠１６３．ｃｏｍ；张海英，女，研究员，中科院微电子所微波器件与集成电路实验室副主任，ｚｈａｎｇｈａｉｙｉｎｇ＠ｉｍｅ．ａｃ．ｃｎ摘　要：采用ＴＳＭＣ０．１８μｍＣＭＯＳ工艺设计并实现了一种高增益、低噪声和低功耗跨阻放大器。

低噪放拓扑结构低噪放大器（Low Noise Amplifier，简称LNA）是一种具有低噪声系数和高增益的射频放大器，广泛应用于无线通信系统中。

在无线通信系统中，信号的接收和传输都离不开LNA的支持。

为了提高接收机的性能，设计高性能的LNA是至关重要的。

低噪放拓扑结构是指在LNA设计中所采用的电路结构。

不同的拓扑结构对LNA的性能有着重要影响，其中低噪放拓扑结构是一种被广泛采用的结构。

该结构通过合理设计电路，以降低电路的噪声系数，提高信号的增益和质量。

在低噪放拓扑结构中，常见的有共源极放大器（Common Source Amplifier）和共基极放大器（Common Base Amplifier）两种。

共源极放大器是一种常用的低噪声放大器，它具有较高的增益和较低的噪声系数。

它的输入电阻较高，输出电阻较低，适用于信号较弱的场景。

共基极放大器则是另一种常见的低噪声放大器，它具有较低的输入电阻和较高的输出电阻，适用于信号较强的场景。

除了共源极放大器和共基极放大器，还有其他一些低噪放拓扑结构，如共栅极放大器（Common Gate Amplifier）和共阴极放大器（Common Emitter Amplifier）。

这些拓扑结构在不同的应用场景下具有不同的优势和适用性，设计者可以根据具体的需求选择合适的结构。

在低噪放拓扑结构的设计中，需要考虑的因素有很多。

首先是噪声系数，即LNA的输入端引入的噪声对于信号的影响。

噪声系数越低，表示LNA的性能越好。

其次是增益，即LNA输出信号与输入信号之间的比值。

增益越高，表示LNA可以更好地放大输入信号，提高信号的质量和强度。

此外，还需要考虑电路的稳定性、输入输出阻抗匹配等因素。

在低噪放拓扑结构的设计过程中，可以采用一些优化方法来提高LNA的性能。

例如，合理选择电路元件的参数，如电容、电阻、电感等，以及合适的偏置点。

此外，还可以采用反馈技术、匹配网络等方法来改善电路的性能。

电路中的运算放大器有哪些特点和应用运算放大器是电路中应用广泛的一种电子器件，它具有许多特点和应用。

本文将介绍运算放大器的特点，并探讨其在电路中的各种应用。

一、特点1. 高增益：运算放大器的主要特点之一是具有较高的电压增益。

它能够将输入信号增加到一个较高的水平，以便于后续的处理和分析。

2. 宽频带宽：运算放大器的频带宽度较宽，能够处理较高频率的信号。

这使得它在许多应用中都能够提供精确和有效的放大功能。

3. 低噪声：运算放大器通常具有较低的噪声水平，这使得它在信号处理中非常有用。

低噪声的特性使得运算放大器能够提供更清晰和准确的信号放大。

4. 高输入阻抗和低输出阻抗：运算放大器的输入阻抗很高，可以减小对输入信号源的负载，保持传输信号的完整性。

同时，输出阻抗较低，能够驱动负载电路。

5. 可调节增益和偏置：运算放大器通常具有可调节的增益和偏置特性，这使得它在不同应用场景下能够灵活应对和满足需求。

二、应用1. 信号放大和滤波：运算放大器广泛应用于信号放大和滤波电路中。

通过调节放大器的增益和频率响应，可以实现对信号的放大和滤波功能，使得信号的频率范围和振幅得到控制和优化。

2. 模拟计算：运算放大器也常用于模拟计算电路中。

其高增益和精确性能使其成为模拟电路中一种重要的元器件，例如用于模拟加法、乘法、积分和微分等运算。

3. 电压比较和开关：运算放大器的高增益和灵敏度使其非常适合于电压比较和开关电路的应用。

通过将运算放大器配置为比较器或开关，可以实现对电压信号的比较和控制。

4. 反馈控制系统：运算放大器在反馈控制系统中起着至关重要的作用。

通过引入适当的反馈电路，可以实现对电路稳定性、增益和响应速度的控制。

5. 传感器信号处理：运算放大器还广泛应用于传感器信号处理中。

传感器常常输出微弱的信号，而运算放大器能够对这些信号进行放大和处理，以提高信号的灵敏度和稳定性。

6. 精密测量仪器：运算放大器也被广泛应用于精密测量仪器中。

低噪声放大器的原理
低噪声放大器是一种电子设备，用于放大电信号，同时尽量减小噪声的干扰。

其原理主要包括以下几个方面：
1. 输入电路设计：低噪声放大器的输入电路采用高阻抗、低噪声的元件和结构设计，以减小对输入信号的干扰。

常见的设计技巧包括使用高阻抗输入电路、采用薄膜电阻、陶瓷电容等元件，以及合理布局和屏蔽设计等。

2. 放大器结构：低噪声放大器通常采用共基极、共集极或共源极等结构，以提供高增益和低噪声。

其中，共源极结构被广泛应用于射频放大器，其工作原理是利用场效应管的高输入阻抗和低噪声系数。

3. 负反馈设计：通过引入负反馈，可以有效降低放大器的噪声系数。

负反馈可以利用输出与输入之间的比例关系来抵消放大器内部的噪声。

常见的负反馈设计技巧包括采用电阻网络、差分输入等。

4. 电源噪声抑制：低噪声放大器需要通过设计合理的电源滤波电路来减少电源噪声的影响。

这可以通过使用电源滤波电容、电感等元件来实现。

总体来说，低噪声放大器通过合理的电路设计和结构选择，以及负反馈和电源噪声抑制等技术手段，目的是尽量减小放大器本身引入的噪声，从而提供纯净的放大信号。

AD603: 低噪声、90 MHz可变增益放大器Product DescriptionAD603是一款低噪声、电压控制型放大器，用于射频(RF)和中频(IF)自动增益控制(AGC)系统。

它提供精确的引脚可选增益，90 MHz带宽时增益范围为−11 dB至+31 dB，9 MHz带宽时增益范围为+9 dB 至+51 dB。

用一个外部电阻便可获得任何中间增益范围。

折合到输入的噪声谱密度仅为1.3 nV/√Hz，采用推荐的±5 V电源时功耗为125mW。

增益以dB为线性，经过精密校准，而且不随温度和电源电压而变化。

增益由高阻抗(50 MΩ)、低偏置(200 nA)差分输入控制；比例因子为25 mV/dB，仅需1 V增益控制电压便可获得中间40 dB的增益范围。

无论选择何种范围，均提供1 dB的超量程和欠量程。

对于40 dB变化，增益控制响应时间不到1 μs。

差分增益控制接口允许使用差分或单端正或单端负控制电压。

可将数个这种放大器级联起来，由其增益控制增益偏置以优化系统信噪比(SNR)。

AD603可以驱动低至100 Ω的负载阻抗，且失真较低。

对于采用5 pF 分流的500 Ω负载，10 MHz、±1 V正弦输出的总谐波失真典型值为-60 dBc。

进入500 Ω负载的额定峰值输出最小值为±2.5 V。

AD603采用专有的专利电路结构X-AMP®。

X-AMP含有0 dB至-42.14 dB可变衰减器，后接固定增益放大器。

由于存在衰减器，放大器永远不必处理较大输入，并且可以用负反馈来定义其(固定)增益和动态性能。

衰减器具有经激光调整至±3%的100 Ω输入阻抗，并且包括一个7级R-2R梯形网络，由此获得6.021 dB的触点间衰减。

利用专有插值技术，可提供以dB为单位的线性连续增益控制功能。

AD603的工作温度范围为−40°C至+85°C。

低频低噪声高増益放大器滁州学院电信(齐欢韩旭陈培磊一、任务设计并制作一个低频低噪声高増益放大器。

二、要求1•基本要求(1放大器a.电压放大倍数200-2000倍；b .放大倍数可预置步进(间隔不大于200倍；c •并有数字显示；d .通频带3kHz~5kHz;e •放大倍数为2000倍时，测得输出噪声电压峰一峰值等效到输入端小于800nV。

f •最大输出幅度不小于8V。

g •输入电阻不小于lk Q,输出电阻不大于20Q。

(2电源波动±10%时可正常工作。

(3自制适合于本放大器测试用的信号源。

2.发挥部分(1电压放大倍数更高、步长更小。

(2等效输入噪声不大于200nV o(3等效输入电阻大于10k Gc(4数字显示精度进一步改善。

(5其他。

题目分析在仔细阅读考题之后，对设计的任务、系统功能和主要技术指标归纳如下。

—、设计任务设计一个低频低噪声高増益放大器。

二、系统功能1、放大器a.电压放大倍数200-2000倍；b.放大倍数为2000倍时，测得输出噪声电压峰一峰值等效到输入端小于800nV oc.最大输出幅度不小于8V。

d.输入电阻不小于lk G,输出电阻不大于20Q。

e.电源波动±10%时可正常工作。

2、通频带通频带3kHz~5kHz。

3、控制显示a.放大倍数可预置步进（间隔不大于200倍 b ・并有数字显示3、自制信号源自制适合于本放大器测试用的信号源。

方案论证放大器系统方案图如下图1。

它由按键、控制器、显示器、放大器、输入信号 组成一、控制部分方案一：采用中小规模继承电路构成的控制电路 方案二:采用以单片机为核心的单片机最小系统 方案三:采用可编程逻辑器件构成的控制器方案一外围期间多，容易出故障，方案三价格昂贵•而方案二有外围器件不算多，而 且价格偏激•容易掌握•可靠性高等优点•故本系统采用方案二即采用at89s52为核心 的控制器。

T —器 rn域外接8位DA 数模转换器採用性能稳定价格合理的DAC0832.202 P1.0 匚40 □ VCCCREX) P1.1C 230 □ PCQ(ADO) PT2U 3 38 □ POKADU P13C 437 DPQ.2 22) P14匚 5 北 □ PC.3 23) (MOSI - P1.5 匚S 36 □ PC® 心)(MISO. P1.8匚 7□ PO5(AD5>(SCM i P17 匚833 □ P06(A£X> RSTE 0 3i □ PC7(AD7> (RXD P3.0 匚 10 31 □ ES VPP (TXD) P3.?匚 11 30 □ ALE J PRCG :r<rc>P3.2C 12 29 □ PG£h:fW P33C 13 28 □ P2 71A15) 4TD) P3.4C 14 2? ZJP2CIAU) <TbP3.5Q 15 2fl □ P2.S(A13) 萨 P3.8E 18 25 □ P24 (A12J P3.7匚 1734 □ P2 3,A11) XTAL2C 1820 □ P2 2(A10) XTALTC 19 22 □ P2 1 (A0)GhD匚2021□ P2C (A8)放大器部分FM.3 (匚 :INTC ：(T0)P3.4 (空)P36 VCCPC.O (AEO) PC.1 (ADI) PC.3：i PC .4 (AD4) P0.5 (AD5)PC.6 (AD6) PC.7 (AD7) EA.VPPPSENP2.7 (A15> P2.0 (A14) P2.5 (A13} P2.4 (A12} P2.3 (A11} P2.2 (A10} P2.1 (A9)方案一采用数控増益放大器AD603,如下图该程控增益放大器是高度集成模块，价格较高不符合比赛对节约绿色要求和动 手能力，对电路的分析深透的要求，顾不采用。

LM324介绍LM324是一款通用运算放大器（Op Amp），常用于模拟电路设计和信号处理应用。

由德州仪器（Texas Instruments）公司开发和生产。

LM324是一款低成本、低功耗、高增益、宽带宽的运算放大器。

它可以与多种被动和有源元件结合使用，以实现各种电路功能。

该文档将介绍LM324的主要特性、引脚功能、电气参数和应用案例。

特性低成本LM324是一款低成本的运算放大器，适合于大规模生产和成本敏感的应用。

由于其经济实惠，LM324在许多低功耗应用中得到广泛应用。

低功耗LM324具有低功耗特性，工作电压范围在3V到32V之间。

这使得它在需要长时间运行的低功率应用中非常有用，例如电池供电的设备和便携式仪器。

高增益LM324具有高增益，通常可达100dB以上。

这意味着它可以放大微弱信号，以便更好地进行信号处理和检测。

高增益特性使得LM324非常适合于精密测量和控制应用。

宽带宽LM324的带宽范围广泛，可满足许多应用的需求。

其带宽一般在1MHz到1.5MHz之间。

这使得LM324在多种信号处理应用中表现出色，包括音频放大器、通信系统、滤波器和控制环路等。

引脚功能LM324共有14个引脚，以下是其主要功能的解释：1.VCC+：正电源接入脚，供给运算放大器的正电压。

2.IN+：正输入端，接收待放大信号的正极。

3.IN-：负输入端，接收待放大信号的负极。

4.VCC-：负电源接入脚，供给运算放大器的负电压。

5.OUT1：输出1，会根据输入值进行放大并输出。

6.OUT2：输出2，会根据输入值进行放大并输出。

7.OUT3：输出3，会根据输入值进行放大并输出。

8.OUT4：输出4，会根据输入值进行放大并输出。

9.NC：无连接脚，不应连接到其他引脚或外部电路。

10.VEE：负电池供电引脚，用于提供负电源电压。

11.IN4-：第四个输入的负极。

12.IN4+：第四个输入的正极。

13.IN3-：第三个输入的负极。

简述生物电信号对生物医学放大器的要求生物电信号是生物体内产生的微弱电信号，对于生物医学放大器来说，这些信号的放大和测量至关重要。

以下是生物电信号对生物医学放大器的要求：1.高灵敏度：生物电信号非常微弱，有时只有几毫伏甚至几微伏，因此生物医学放大器需要具有高灵敏度才能检测到这些微弱信号。

高灵敏度的放大器能够将微弱的电信号转换为较大的输出电压或电流，方便后续的处理和测量。

2.低噪声：生物电信号的频率和幅度都存在很大的变化范围，因此生物医学放大器需要具有低噪声性能，以避免对信号的干扰和失真。

低噪声放大器能够将背景噪声降低到最小程度，提高信噪比，从而获得更准确的信号测量结果。

3.宽频带：生物电信号的频率范围很宽，从直流到几百千赫兹不等。

因此，生物医学放大器需要具有宽频带特性，以便能够覆盖生物电信号的整个频率范围。

宽频带放大器能够快速地响应各种频率的信号，并保持稳定的增益和相位响应。

4.低失调：生物电信号的直流电平可以很高，因此生物医学放大器需要具有低失调性能，以确保对信号的准确测量。

低失调放大器能够将输入信号中的直流分量准确地传递到输出端，从而提高测量的准确性和稳定性。

5.高增益：生物电信号的幅度通常很微弱，需要进行大幅度放大才能进行后续处理和测量。

因此，生物医学放大器需要具有高增益性能，以便将微弱信号放大到足够的幅度。

高增益放大器能够将输入信号进行大比例的放大，提高信号的可读性和可处理性。

6.低漂移：生物电信号的幅度和频率可能会随时间发生变化，因此生物医学放大器需要具有低漂移性能，以确保对信号的准确测量。

低漂移放大器能够将输入信号中的频率和幅度变化准确地传递到输出端，从而获得更稳定的测量结果。

7.多通道：生物电信号的采集通常需要同时对多个通道进行测量。

因此，生物医学放大器需要具有多通道特性，以便能够同时对多个信号进行放大和测量。

多通道放大器能够同时接收和放大多个输入信号，提高信号采集的效率和准确性。

8.兼容性：生物医学放大器需要与各种不同的生物医学仪器和系统兼容使用，因此需要具有良好的兼容性。

开关电容放大器原理开关电容放大器是一种常用的放大器电路，它利用开关电容的工作原理实现信号放大。

本文将从工作原理、特点及应用等方面介绍开关电容放大器。

一、工作原理开关电容放大器的核心元件是电容和开关。

当开关导通时，电容以很高的速度充电或放电，实现对输入信号的采样。

当开关断开时，电容的电压被保持住，作为输出信号。

通过开关的连续开关和断开，电容的电压被迅速采样和保持，实现了信号的放大。

二、特点1. 高增益：开关电容放大器具有很高的增益，可以达到几十倍甚至更高。

这使得它在需要放大弱信号的场合有很大的优势。

2. 宽带宽：开关电容放大器的带宽相对较宽，可以达到几十MHz甚至更高。

这使得它在高频信号放大的应用中表现出色。

3. 低噪声：由于采用了开关电容的工作原理，开关电容放大器的噪声较低，可以得到较为清晰的输出信号。

4. 低功耗：开关电容放大器的功耗较低，适用于需要节能的场合。

5. 高稳定性：开关电容放大器具有较高的稳定性，对温度、电源变化等因素的影响较小。

三、应用开关电容放大器在很多领域都有广泛的应用。

以下是其中几个常见的应用场景：1. 通信领域：开关电容放大器可以用于无线通信中的中频放大、解调等环节，提高信号质量和传输距离。

2. 音频领域：开关电容放大器可以用于音频放大器中的前级放大，提高音频信号的音质和音量。

3. 传感器信号处理：开关电容放大器可以用于传感器信号的放大和处理，提高传感器的灵敏度和稳定性。

4. 仪器仪表领域：开关电容放大器可以用于仪器仪表中的信号放大和检测，提高仪器的性能和精度。

开关电容放大器是一种利用开关电容工作原理的放大器电路，具有高增益、宽带宽、低噪声、低功耗和高稳定性等特点。

它在通信、音频、传感器信号处理和仪器仪表等领域有广泛的应用。

通过深入理解其原理和特点，我们可以更好地应用开关电容放大器，提高电路的性能和效果。