1W的Wifi双向放大器原理和电路设计图

这些年来，微波接收机随着微波技术的进步也在飞快地发展。而接收机射频前端的设计 常常影响着整个系统的非线性指标、噪声系数、稳定度、灵敏度、增益等重要特征。所以， 对接收机射频前端系统的研究有着重要的现实意义。 低噪声放大器，一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，以及高灵敏度的 电子探测设备放大电路。由于在放大信号时，放大器自身的噪声会对信号产生干扰，因此需 要噪声较低的放大器。 在现代通信系统中，尤其是2/3/4/5G移动通信网络，微波接收机的性能至关重要。接收机的射频前端是整个系统的心脏，因为它直接影响到系统的非线性指标、噪声系数、稳定度、灵敏度和增益等关键参数。低噪声放大器（Low Noise Amplifier, LNA）作为射频前端的第一级，它的作用是放大从天线接收到的微弱信号，并尽可能减少噪声引入，以保持信号的质量。 LNA的设计是一项复杂的工作，涉及多个因素。选择合适的放大器结构是至关重要的。平衡式LNA是一种常见的设计方法，它利用对称电路来抵消噪声和非线性效应，从而提高整体性能。在本设计中，采用的是S波段（1.8-2.2GHz）的平衡式LNA，这个频段广泛应用于多种无线通信系统，包括2/3/4/5G网络。 选择适合的半导体器件也是决定LNA性能的关键。论文中提到的ATF-54143晶体管是一种高性能的微波功率放大器，具有低噪声特性，适合用于LNA设计。通过合理的外围电路设计，可以进一步优化放大器的性能，例如进行阻抗匹配，确保信号能有效地传输，同时减少反射和功率损耗。 在设计过程中，仿真工具的使用是必不可少的。通过仿真，设计师可以预测LNA在实际工作条件下的性能，包括增益、噪声系数和稳定性等。论文中提到的仿真结果显示，设计的LNA达到了预期的目标，增益为15dBm，噪声系数小于1，这意味着信号的噪声被显著抑制，而稳定系数大于1，表明该放大器在各种工作条件下都能保持稳定。 实际的制版测试是验证设计效果的重要步骤。在PCB板上制作出LNA原型后，通过实验测量确认其性能是否符合设计指标。根据论文内容，经过测试，LNA的增益、噪声系数和稳定性都达到了预期，这表明该设计是成功的。 总结来说，低噪声放大器在微波接收机中的作用不言而喻，尤其是在高灵敏度的通信系统中。通过精心设计的平衡式LNA，可以有效提升系统的整体性能，降低噪声，提高接收灵敏度。而选择适当的器件，进行精确的仿真和实际测试，是实现高性能LNA设计的关键步骤。这样的研究对于推动通信技术的发展，尤其是5G等新一代无线通信网络的优化，具有重大的理论和实践意义。

"测试运算放大器需要稳定的测试环路" 在测试运算放大器时，需要稳定的测试环路，因为测试电路中的环路不稳定会导致测试结果不准确。为了确保测试结果的准确性，需要对测试电路进行补偿，以确保环路的稳定性。 在设计测试电路时，需要考虑到测试环路的稳定性和补偿问题。测试电路的稳定性取决于环路的增益和相位特性。如果环路的增益和相位特性不稳定，测试结果将不可靠。因此，需要对测试电路进行补偿，以确保环路的稳定性。 补偿方法有多种，包括自测试补偿和双放大器环路补偿。自测试补偿是通过添加补偿电容器来实现稳定性的。双放大器环路补偿则是通过使用两个运算放大器来实现稳定性。 在选择运算放大器时，需要考虑到其特性参数，如增益、带宽、输入共模范围等。不同的运算放大器适合不同的测试应用。 在测试过程中，需要监控被测试器件的输出，以确保测试结果的准确性。如果测试结果不准确，可能是由于测试电路的不稳定性引起的。 测试运算放大器需要稳定的测试环路，以确保测试结果的准确性。通过选择合适的运算放大器和补偿方法，可以确保测试电路的稳定性和准确性。 知识点： 1. 测试运算放大器需要稳定的测试环路，以确保测试结果的准确性。 2. 测试电路的稳定性取决于环路的增益和相位特性。 3. 补偿方法有多种，包括自测试补偿和双放大器环路补偿。 4. 在选择运算放大器时，需要考虑到其特性参数，如增益、带宽、输入共模范围等。 5. 在测试过程中，需要监控被测试器件的输出，以确保测试结果的准确性。 详细知识点： 1. 测试电路的稳定性：测试电路的稳定性取决于环路的增益和相位特性。如果环路的增益和相位特性不稳定，测试结果将不可靠。 2. 自测试补偿：自测试补偿是通过添加补偿电容器来实现稳定性的。补偿电容器可以降低电阻器噪声，但需要注意在测量之前要完全充电电容器。 3. 双放大器环路补偿：双放大器环路补偿是通过使用两个运算放大器来实现稳定性。这种方法可以提供更高的稳定性和准确性。 4. 运算放大器的选择：在选择运算放大器时，需要考虑到其特性参数，如增益、带宽、输入共模范围等。不同的运算放大器适合不同的测试应用。 5. 测试过程中的监控：在测试过程中，需要监控被测试器件的输出，以确保测试结果的准确性。如果测试结果不准确，可能是由于测试电路的不稳定性引起的。 术语： * 测试运算放大器：使用运算放大器进行测试的设备。 * 稳定测试环路：测试电路中环路的稳定性。 * 补偿方法：使用补偿电容器或双放大器环路来实现稳定性的方法。 * 运算放大器：一种电子元件，用于放大电信号。 * 输入共模范围：运算放大器的输入电压范围。 * 带宽：运算放大器的频率响应范围。 * 增益：运算放大器的放大倍数。 * 相位特性：运算放大器的相位响应特性。 * 测试电路：用于测试运算放大器的电路。 * 被测试器件：被测试的设备或元件。

集成运算放大器(以后简称集成运放)是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路。它的类型很多，电路也不一样，但结构具有共同之处，图1所示为集成运放的内部电路组成框图。图中输入级一般是由BJT、JFET或MOSFET组成的差动放大电路，利用它的对称特性可以提高整个电路的共模抑制比和其他方面的性能，它的两个输人端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。电压放大级的主要作用是提高电压增益，它可由一级或多级放大电路组成。输出级∵般由电压跟随器或互补电压跟随器构成，以降低输出电阻，提高带负载能力。偏置电路是为各级提供合适的工作电流。此外还有一些辅助环节。如电平移动电路，过载保护电路以及高频补偿电路等。 图1 集成运放的内部电路组成框图 一个简单运算放大器的原理电路如图2a所示。VT1、VT2组成差动放大电路，信号由双端输入，单端输出。为了提高整个电路的电压增益，电压放大级由VT3、VT4组成复合管共射极电路。由VT5、VT6组成两级电压跟随器而构成电路的输出级，它不仅可以提高带负载的能力，而且可进一步使直流电位下降，以达到输入信号电压·uid=ui1-ui2为零时，输出电

削波器漂移补偿可编程增益放大器是一种高性能的模拟信号处理组件，主要用于医学和科学研究领域，用以放大和精确测量微伏级（微伏级是指1微伏特，即1微伏，10^-6伏特）的微弱信号。在这些应用中，信号源的输出电压极低，但又需要进行高精度的放大和分析。例如，在基于热电偶的微热量计中，热电偶产生的信号非常微弱，需要通过放大器进行放大以达到后续测量和分析的要求。 可编程增益放大器（PGA）的核心优势在于其灵活的增益设置能力，可以根据不同的应用需求，通过软件或硬件配置来改变放大倍数。在文章中提到的CS3301增益放大器便是具备多种可编程增益选择的一种产品。它的增益可以在1到64之间调节，提供了7种不同的设置。 此外，INA114是一个高精度的仪表放大器，它拥有固定增益160，并且具备低噪声、低偏移的特点。通过将CS3301与INA114组合，可以实现160到10240的增益范围，使该放大器在增益性能上有很大的扩展性。这种配置方式允许系统工程师针对具体的应用需求，灵活调整增益，以得到最优的测量性能。 在医学和科学仪器应用中，除了要求放大器具备高增益外，还要求其具有良好的热稳定性和低噪声特性。在文中提到了该放大器具有5mV的典型偏移电压和20nV/℃的偏移漂移，这意味着即使在温度变化的情况下，放大器的输出也会保持相对稳定的偏移值。同时，0.1Hz时9nV的等效输入噪声电压表明该放大器在低频段具有极低的噪声性能，这对于高精度信号的测量至关重要。 在实际应用中，为了控制CS3301的增益设置和多路转换器，使用了外部DIP开关和上拉电阻器，通过3.3V电源进行供电。这说明了放大器的控制电路并不复杂，并且与常见的3.3V逻辑电平兼容，可以通过微控制器轻松控制，增强了其应用的灵活性。 噪声性能对于精密测量同样至关重要。文中通过FFT（快速傅里叶变换）分析了输出信号中噪声与频率的关系，从而得到噪声的频谱分布。从图2的输入参考噪声性能测量值可以看出，在增益为10000的情况下，1/f噪声转角在0.08Hz，而在0.1Hz时的等效输入噪声电压仅为9nV。这说明了放大器在低频段的噪声控制达到了极高水平。 为了确保放大器性能不受温度变化的影响，文章还特别强调了元件布局的热平衡和印刷电路板设计时的电平衡，这保证了即使在放大倍数极高的情况下，放大器依然可以稳定工作。 削波器漂移补偿可编程增益放大器通过其高度的可编程性、优秀的热稳定性和极低的噪声特性，为需要放大和测量微弱信号的精密仪器提供了重要的技术基础，特别是在医学和科学研究中扮演着至关重要的角色。这种放大器的设计和应用展现了模拟信号处理技术在高精度测量领域中的先进水平。

运算放大器是电子电路中的核心元件，用于放大信号。本文主要讨论了两种类型的运算放大器：单位增益稳定放大器（UGS）和非完全补偿放大器，它们各有特点和适用场景。 单位增益稳定放大器是设计为在增益为1时保持稳定工作的放大器。这种设计的优势在于其稳定性，即使在增益设置为单位增益时，UGS也能避免振荡，确保电路的可靠运行。然而，UGS的增益带宽积通常较低，意味着在高频时其放大能力会减弱。例如，文中提到一个UGS的增益带宽积为2MHz，这意味着在该频率以上，放大性能将显著下降。 相比之下，非完全补偿放大器具有更小的补偿电容，导致更高的增益带宽和压摆率，从而提供更快的响应速度。这种设计通常用于需要高速处理的场合，如数据采集系统或高速信号调理电路。但代价是更高的功耗，并且在单位增益时的稳定性较差。非完全补偿放大器的增益带宽积可以是UGS的几倍，例如文中的例子为5倍，压摆率也更高。然而，由于存在额外的高频极点，当增益接近单位增益时，相位裕量可能非常小，可能导致电路不稳定。 图2展示了非完全补偿放大器在实际应用中可能遇到的问题。例如，图2a中的错误在于反馈电容在高频段引起响应曲线的不平坦，可能导致稳定性问题。图2b的并联反馈滤波器牺牲了低频增益以实现平坦响应，而图2c的积分器设计也可能引发稳定性问题。 随着技术的进步，现代的UGS运放能够在保持低功耗的同时，提供接近甚至超越非完全补偿放大器的速度性能。例如，OPA228、OPA637、OPA345和LMP7717等型号都是UGS版本的高性能运放，它们分别针对不同的应用需求，如精密测量、高速响应或宽频带操作。 在选择运算放大器时，设计者需要根据具体应用的性能需求、功耗限制以及稳定性要求来权衡。对于那些需要高速和高精度同时兼备的系统，非完全补偿放大器可能是更好的选择，而对稳定性有严格要求或功耗敏感的系统，UGS则更具优势。设计者应深入理解这两种放大器的工作原理和潜在问题，必要时可以在专业论坛上寻求帮助，以确保选择最适合的运算放大器。

高频功率放大器是无线通信系统中非常关键的部件，它负责将低功率的信号放大到足够高的水平以进行有效的发射。在设计和仿真高频功率放大器时，采用如Multisim这类的电子电路仿真软件，可以极大地简化研究和开发过程，减少实际搭建电路的次数和成本。通过仿真设计，工程师可以预估放大器的工作性能，优化电路设计，并确保在实际应用中的可靠性。 电路构成主要包括输入匹配网络、功率放大级、输出匹配网络以及偏置电路等。基本工作原理基于晶体管（通常是场效应晶体管FET或双极结型晶体管BJT）放大输入信号的能力。当输入信号被接入放大器时，晶体管将直流电源的能量转换成交流信号能量，从而实现信号的放大。 谐振回路是高频功率放大器中不可或缺的一部分，它决定了放大器的工作频率。调谐方式通常包括电感和电容的调整，通过改变谐振回路的电抗特性来实现。测试手段包括使用频率计、示波器等测量仪器观察电路的谐振频率和带宽。 高频功率放大器的主要技术指标包括效率、增益、线性度、带宽和稳定性等。效率指的是放大器将输入功率转换为输出功率的能力，增益则反映了放大器放大信号的能力。线性度描述了放大器处理信号的能力，特别是对于多频率信号的放大。带宽指放大器能有效放大的信号频率范围。稳定性则关系到放大器长期运行的可靠性。 使用Multisim软件进行仿真时，设计师可以借助软件内置的元件库来搭建电路模型，通过仿真软件提供的分析工具来测试各项技术指标，并根据仿真结果调整电路参数。例如，使用Multisim的“瞬态分析”功能可以观察电路在特定激励下的响应；使用“交流小信号分析”功能可以评估放大器的频率响应特性；而“噪声分析”可以评估放大器的噪声系数和信噪比。此外，Multisim还支持参数扫描和优化，这可以帮助设计者寻找到最优的工作点和性能指标。 在实际操作中，工程师需要对Multisim软件有充分的了解，包括如何设置仿真参数、如何读取仿真结果以及如何根据仿真结果调试电路设计。同时，还需要对高频电路理论和实践有扎实的理解，能够将仿真结果与实际电路特性相结合进行深入分析。 高频功率放大器的仿真设计不仅是工程实践中的重要环节，也是理解和掌握高频电路设计理论的重要手段。通过仿真，可以在前期发现并解决设计中的问题，提高研发效率，缩短产品开发周期，降低开发成本，从而加快新技术和新产品的上市速度。

内容概要：本文档详细介绍了基于德州仪器（Texas Instruments）OPA171运算放大器构建的同相放大器电路的设计方法和注意事项。该电路具有10V/V的信号增益，能将输入信号Vi（-1V到1V）放大到输出信号Vo（-10V到10V）。文中阐述了选择元件参数的原则，如电阻值的选择、避免使用过大电容以防止稳定性问题，以及考虑大信号性能的影响因素。此外，还提供了关于运算放大器线性运行区域、稳定性和带宽等方面的参考资料链接。最后，对比了OPA171与其他型号（如OPA191）的关键特性，帮助设计师做出合适的选择。 适合人群：电子工程领域的技术人员，尤其是从事模拟电路设计的专业人士。 使用场景及目标：①用于理解和掌握同相放大器的工作原理及其设计要点；②指导实际项目中选用合适的运算放大器并优化电路性能；③作为教学资料辅助高校学生学习运放基础知识。 其他说明：文档强调了安全性和合规性的重要性，提醒使用者在设计过程中需确保应用程序符合所有适用法律规范，并进行全面测试。同时指出，TI提供的资源仅供参考，具体应用仍需用户自行验证。

包络跟踪功率放大器是一种高效的无线通信放大器，它通过实时调整电源电压来跟随射频信号包络的变化，从而提高功率放大器（PA）的效率。相较于传统的固定电源功率放大器，包络跟踪功率放大器能够更有效地处理高峰均功率比（PAPR）信号，实现高数据吞吐量。 在传统的固定电源功放系统中，功率放大器工作在较窄的线性区间内，以维持信号的线性度。但这种工作方式效率较低，特别是在承载高峰均功率比信号时，效率更为低下。由于在无线通信中，信号经常出现幅度变化较大的情况，因此传统的功放无法高效地利用能源，造成电池寿命缩短。 包络跟踪技术通过动态调节放大器的电源电压，与RF信号的包络保持同步变化，使得放大器在任何时刻都能以接近其最大效率的状态工作，从而提高整体效率。这种功率放大器的核心输出特性，如功率、效率、增益和相位，受到RF输入功率和电源电压两个控制输入值的影响，这可以形象地表示为3D曲面。 为了实现包络跟踪，系统中会有一个动态调节电源电压的机制。在RF功率较低时，电源电压维持基本恒定。但在RF功率较高时，电源电压则会根据RF输入信号的包络进行动态调整，以此来维持放大器的高效输出。包络跟踪放大器在压缩状态下工作时，仍能够保持较低的幅度/幅度（AM/AM）失真，并且通过适当选择RF包络与电源电压之间的映射，可获得恒定的功放增益。 为了实现功放的线性化，可以采用成形表（shaping table）来进行功放的特性映射。成形表中的内容决定了RF包络与电源电压之间的映射关系。通过成形表的使用，可以实现“ISO gain”的成形，即获得恒定的功放增益，并且可以在大部分包络周期内都工作在压缩状态，同时仍然保持低的AM/AM失真。然而，使用成形表进行功放线性化会有系统折衷，在线性度得到明显提高的同时，效率可能会有小幅度的下降。 成形表的选择也会影响包络路径的带宽需求。在系统效率损失为1%到2%的情况下，通过采用平滑转换线性区与压缩区，可以降低对包络放大器带宽的要求。此外，包络跟踪功率放大器在设计时，放大器在小功率低电区仍然需要保持线性，但在较大功率上不存在AM线性度约束，使得开发人员能够在设计功放时优先考虑包络跟踪效率。 包络跟踪技术对功放的相位失真不具有直接控制能力，但很多功放工作在包络跟踪模式下时，表现出PM失真的下降，从而增加了输出功率。在实际应用中，包络跟踪放大器相较于固定电源放大器，在给定的线性度下能够实现更高的输出功率。 为了确定包络跟踪功率放大器的特性，需要在电源电压和输入功率的全程区间上测量功放的基本特性，包括输出功率、效率、增益和相位。理论上，可以通过连续波网络分析仪和可调直流电源进行这些测量，但由于热效应、区间误差和相位测量时的漂移问题，这种方法获得的结果并不理想。因此，采用标准自动化测试设备进行脉冲特性测量的方法成为替代方案，这种方法速度快，可以采用拉移负载的方法。不过，它难以进行精确的相位测量。 第三种测量包络跟踪功率放大器特性的方法是使用真实波形和改变成形表，从而测量输入功率和供电电压的全部组合。这种方法需要一个电源调压器，能够快速测量并获得精确的相位信息，同时也能够确定存储效应的特性。使用包络跟踪电源调压器的自动化测试测量配置可以在动态电源调节的情况下实现上述测量。 包络跟踪功率放大器通过动态调节电源电压来跟踪RF信号包络的变化，从而提高放大器的效率，尤其是在处理高PAPR信号时，其性能明显优于传统固定电源功率放大器。尽管存在线性度与效率之间的折衷，但通过精确设计成形表和运用先进的测试技术，可以在保证必要线性度的同时，实现高效率和高输出功率的目标。

两级运算放大器电路版图设计的全过程，涵盖从原理图设计到最终仿真的各个环节。设计采用了Cadence 618软件和TSMC 18nm工艺，旨在实现低频增益87dB、相位裕度80°、单位增益带宽积GBW 30MHz等性能指标。文中不仅阐述了电路的工作原理和设计推导，还包括具体的版图规划、绘制方法及其验证步骤。最终，该设计成功通过DRC和LVS验证，形成了面积为80μm×100μm的完整版图，并附有详尽的30页PDF文档记录整个设计流程。 适用人群：从事模拟集成电路设计的专业人士，尤其是对两级运算放大器设计感兴趣的工程师和技术研究人员。 使用场景及目标：适用于希望深入了解两级运算放大器设计原理及其实现过程的学习者；也可作为实际项目开发时的技术参考资料，帮助解决具体的设计难题。 其他说明：提供的包安装文件便于用户快速部署设计方案，加速产品化进程。