低噪声放大器
Low-Noise Amplifier（LNA）也称 低噪放、射频前置放大器、RF LNA、low noise amplifier、receiver preamplifier
LNA位于接收链前端，用足够增益抬高微弱射频信号，同时尽量少地恶化信噪比，并在匹配、线性、稳定、带宽、功耗与大阻塞信号之间折中。
速览
约 1 分钟天线收到的信号可能只比热噪声高一点。LNA必须先放大它，使后级混频器和ADC的噪声被前级增益“压低”；但LNA自身噪声直接进入整机，而且过强的邻道或阻塞信号还会令其压缩或产生三阶互调。
系统理解
约 3 分钟低噪声放大器是接收机灵敏度链的第一个有源增益级。噪声因子F定义输入信噪比与输出信噪比之比，噪声系数NF=10log10F。级联Friis关系说明第一极的F直接进入总噪声，后续级的附加噪声会被前面各级可用功率增益除掉，因此LNA需要足够而非无限的增益。
射频端口按行波和功率描述。输入匹配降低反射并建立与滤波器或天线的接口，但最小噪声阻抗、最大增益阻抗和50 Ω共轭匹配通常不完全重合。输入网络还含有限Q电感、电容、封装和走线损耗；位于LNA之前的无源损耗会直接恶化接收噪声系数，不能靠后级增益恢复。
线性范围与低噪声同等重要。P1dB描述实际增益比小信号外推值低1 dB的压缩点，IIP3/OIP3由双音基波与三阶互调外推定义。三阶产物2f1−f2和2f2−f1常落在邻近通道内，滤波困难；因此高增益、低NF、低功耗与高阻塞容限之间需要按整条接收链预算。
晶体管跨导、偏置电流、共源/共栅或级联结构、源退化、反馈及负载网络共同决定增益、噪声、输入阻抗和稳定性。完整验证必须覆盖S参数、噪声参数、频带边缘、源/负载失配、PVT、P1dB、双音IIP3、阻塞恢复、供电耦合和版图电磁寄生；小信号稳定不等于任意大信号和任意终端下都稳定。
承接电路噪声、共源放大器、频率响应和MOS器件，向后连接混频器、滤波器、ADC与接收机系统。
公式提示
关键参数
| 参数 | 单位 | 含义 |
|---|---|---|
| 增益与带宽 | dB / Hz | 决定后级噪声抑制、频带覆盖和信号摆幅 |
| 噪声系数与噪声参数 | dB | 量化LNA引入的SNR恶化及源阻抗敏感度 |
| S11/S22与回波损耗 | dB | 描述输入输出匹配和反射 |
| P1dB、IIP3/OIP3 | dBm | 分别描述增益压缩和弱非线性双音外推能力 |
| 稳定因子、偏置与功耗 | A / W | 限制终端变化、PVT和功耗下的可用工作区 |
常见误区
- 认为LNA只要噪声系数最低就一定是最佳设计
- 认为输入回波损耗最佳点必然等于最小噪声点
- 认为提高LNA增益可以无限改善整机噪声系数
- 认为P1dB与IIP3是同一种线性指标
- 认为50 Ω只是一项版图规则而与测量和功率传输无关
工程深入
16 条结论 · 1 道例题定位与第一性目标
噪声与级联
第一极增益会压低后级噪声对总噪声的贡献
两级Friis关系中第二级的附加噪声被第一级线性功率增益除去，因此前级低NF与足够增益共同决定接收机总噪声。12
- Ftotal
- 两级总噪声因子
- F1
- 第一级噪声因子
- F2
- 第二级噪声因子
- G1
- 第一级可用功率增益
成立条件 F与G均使用线性功率比；假设级间按规定端口连接且噪声可按级联模型处理
例题：动手算一次教学假设，可复算
教学假设：LNA增益15 dB、NF为1.5 dB，后续混频器NF为8 dB，忽略级间失配时两级总NF约为多少？
已知
- G1=10^(15/10)=31.62
- F1=10^(1.5/10)=1.413
- F2=10^(8/10)=6.310
步骤
- Ftotal=1.413+(6.310−1)/31.62，把第二级超出理想值1的附加噪声除以前级增益。
- Ftotal≈1.581，得到线性总噪声因子。
- NFtotal=10log10(1.581)≈1.99 dB，最后再转换为分贝。
15 dB前级增益使8 dB混频器噪声只把总NF从1.5 dB推高约0.49 dB。
不能外推到 未计入LNA前无源损耗、级间失配、频率依赖、相关噪声和阻塞压缩，不能替代完整接收机预算。
匹配与功率传输
线性与阻塞
拓扑与取舍
稳定与验证
出处
2 份资料 · 2 处引用- 1
AN-884: Integrated LNA and Mixer Basics
- AN-884，LNA、Noise Figure、Gain、P1dB、OIP3、Matching与Measurement部分 支持：LNA是接收机最前端的低附加噪声增益级；噪声因子量化器件造成的信噪比恶化；第一极增益会压低后级噪声对总噪声的贡献；最小噪声阻抗与最大功率匹配点可能不同；RF增益必须说明功率定义与参考面；LNA之前的无源损耗无法由后级增益恢复；P1dB标记大信号增益开始明显压缩的位置；三阶互调比基波更快增长并可能落入目标信道；低NF不能替代强阻塞下的线性和恢复能力；跨导、源退化和反馈共同塑造输入阻抗与噪声；提高偏置可改善部分指标但会提高功耗与应力；宽带匹配与窄带最优噪声通常存在取舍；端口匹配良好不等于放大器无条件稳定；LNA增益、NF与线性必须放回接收链预算；噪声、S参数与线性需要不同激励和仪器链；LNA版图签核要把电磁寄生带回电路模型
- 2
AN-2622: Selecting an Analog Devices RF Low Noise Amplifier
- AN-2622，Introduction、Key Specifications与Application Considerations网页段落 支持：LNA是接收机最前端的低附加噪声增益级；噪声因子量化器件造成的信噪比恶化；第一极增益会压低后级噪声对总噪声的贡献；最小噪声阻抗与最大功率匹配点可能不同；RF增益必须说明功率定义与参考面；LNA之前的无源损耗无法由后级增益恢复；P1dB标记大信号增益开始明显压缩的位置；三阶互调比基波更快增长并可能落入目标信道；低NF不能替代强阻塞下的线性和恢复能力；跨导、源退化和反馈共同塑造输入阻抗与噪声；提高偏置可改善部分指标但会提高功耗与应力；宽带匹配与窄带最优噪声通常存在取舍；端口匹配良好不等于放大器无条件稳定；LNA增益、NF与线性必须放回接收链预算；噪声、S参数与线性需要不同激励和仪器链；LNA版图签核要把电磁寄生带回电路模型