长江大学
毕业设计开题报告
题目名称 : 低噪声前置放大器的设计
院（系） : 物理光电工程学院
专业班级 : 应用物理11103班
学生姓名 :
指导教师 : 李林
辅导教师 : 李林
开题报告日期: 2015年4月2日
低噪声前置放大器的设计
学生：代冰玲物理光电工程学院
指导老师：李林物理光电工程学院
一、题目来源
生产实际
二、研究的目的和意义
前置放大器一般处于接收机的前端，主要用于对微弱信号的放大，如雷达天线从空中接受的微弱电磁信号，传感器从生物组织上获取的微弱生物电信号，在放大信号的同时抑制噪声的干扰，得到最大信噪比的放大信号。如果在接受系统的前端连接高性能的低噪声放大器，在低噪声放大器的增益满足要求的情况下，就能够抑制后级电路的噪声，则整个系统的噪声取决于放大器的噪声。所以前置放大器的设计对接收机是至关重要的，它的好坏将直接影响接收机的灵敏度。在实际应用中，特别是在工业测量领域。由于经常工作于比较恶劣的电磁干扰环境中。因此要求放大器必须具有噪声小，信噪比高的特点。本文通过设计的不同的低噪声前置放大器进行对比，分析，总结。旨在设计一款和合理的前置放大器并且为放大器的设计提供基本的思路。本课题对低噪声前置放大器进行了研究，为电路的设计提供案例和方法，具有较高的理论和实际意义。
三、阅读的主要参考文献及资料名称
[1]康华光. 电子技术基础模拟部分[M].北京:高等教育出版社,2006, 第五版.
[2]李永平, 董欣主编, 蒋宏宇编著.Pspice 电路设计实用教程[M].北京:国防工业出版社,2004, 第一版:385～398
[3]郭玉, 鲁永康, 陈波. 分立元件设计的低噪声前置放大器实用电路[J].电子器件,2005-12,28(4).
[4]千奕, 苏弘, 李小刚, 李勇, 董成富, 彭宇, 李素琴, 马晓莉. 一种快前置放大电路的设计[J].核电子学与探测技术,2006,20（26）:842～844
[5]王海洋, 张重继. 低频低噪声高增益放大器的设计与研究[J].白城师范学院学,2005,19(3):1～3
[6]李洹. 几种低噪声前置放大电路及应用[J].电路与系,1993,1:19～21.
[7]江月松. 光电技术与实验[M].北京:北京理工大学出版社,2000:289-290.
[8]张永军. 超低噪声前置放大器设计中的几个问题[J].石油仪器,1997,11(3):21～22
[9]HenryW.Ott著. 电子系统中噪声抑制与衰减技术[J].第2版. 王培清, 李迪, 译. 北京:电子工业出版社,2003:183～184.
[10]席德勋. 现代电子技术[M].北京:高等教育出版社,1999, 第一版:28～29.
[11]张义芳, 冯健华. 高频电子线路[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2002, 第二版:23～24 75～79.
[12]王为东, 傅佑麟. 高频电子线路[M].北京:电子工业出版社,2004, 第一版:7～8,21～31.
[13] A.D.埃文斯. 场效应晶体管[M].北京:人民邮电出版社,1988, 第一版.
[14]郑宏军, 黎昕, 杨少卿, 王立军. 几种典型运算放大放大器的应用技术[M].电子技术应用，1999(8):56～58
[15]蔡锦福. 运算放大器原理与运用[M].北京:科学出版社,2005, 第一版:22～70.
[16]郭培源, 付扬. 光电检测技术与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005, 第一版:94～106.
[17]汪建民.PSpice 电路设计与应用[M].北京:国防工业出版社,2007, 第一版.
[18]Behzad Razavi.模拟CMOS 集成电路设计[M].西安:西安交通大学出版社,2003.
[19]尹辉. 基于场效应管的低噪声前置放大器的研究和设计[J] .石油仪器,2009.
四、国内外研究现状和发展趋势
低噪声宽频带噪声放大器随着现在通讯频带总体上移，射频放大器将会是模拟的主流。由系统天线馈入的无线信号，在处理之前必须进行放大。低噪声放大器就是其中非常重要的部件。随着光刻技术和器件工艺水平的不断提高，近十年来，硅工艺晶体管的工作频率已经能够达到数十GHz 以上。另外，随着工艺水平的大幅提升，RF 低噪声放大器在采用双极晶体管制作的基础上，还衍生了一种新形式，即用MOSFET 制作低噪声放大器。以美国Sirenza 微波器件公司的产品为例。其LNA 产品包含10余个产品系列，各个产品系列采用不同的半导体工艺制作(SiGe、InGaP 、GaAs 、pHEMT 等工艺) 和不同的晶体管形式(BJT、HBT 或FET) ，但产品水平大致相当。而LSI 公司日前推出PA8800前置放大器采用LSI 第二代硅锗(Si-Ge)工艺制造成，不仅可提供3.3Gbps 的业界最高运行速度，而且其功耗比面向同一市场领域的前代产品降低了近30%。放大器的噪声系数还与晶体管的工作状态以及信源内阻有关。在工作频率和信源内阻均给定的情况下，噪声系数也和晶体管直流工作点有关。为了兼顾低噪声和高增益的要求，常采用共发射极一共基极级联的低噪声放大电路。
前置放大器作为接受设备中重要的一环正朝高速度，甚低噪声，高灵敏度，宽频带方向发展。在比如东芝设计的一款低噪声放大器，采用共源—共栅结构。这种放大器的品质因素是3×10-25W/Hz，这比其他公司报道的放大器噪声差不多小了两个数量级。美国宇航局的航天飞机上的通信接收机使用的是S 波段低噪声放大器，它的噪声系数低达2.4分贝(包括开关与双工) 。还有很多很多这样的例子，这里就不再一一列举。此外在低噪声前置放大器设计过程中，选用低噪声的器件和芯片也成为一种趋势。随着集成电路技术设计的完善和器件制作工艺的不断革新，将会有越来越多的性能优越的前置放大器出现。
五、主要研究内容、需重点研究的问题及解决思路
本文以前置放大电路为核心内容，着重分析了差分放大电路的设计方法和改进方案，给出了设计电路实例及仿真结果。完成电路的完整设计，理论计算及仿真。包括元器件的选择、器件参数的计算、电路的供电电源的设计。在完整电路的基础上对设计电路进行仿真，最终实现了在1MHZ 带宽的基础上完成1000倍的信号放大，输入噪声在纳伏量级。在整个课题中，理论设计和计算，仿真。我们通过反复修改设计的电路和挑选理想的器件，最终达到了目的。 解决思路：
( 1) 建立第一级差分放大电路模型，第一级放大电路使用分立元件，通过软件仿真，得到第一级的放大倍数和对噪声的抑制程度，利用软件调整电路的元件参数，同时合理选用低噪声器件，抑制噪声。
( 2) 建立第二级放大电路模型，其中第二级放大电路采用集成运放。
( 3) 对设计的电路图进行仿真和分析
( 4) 最后完成组合电路的设计。
六、完成毕业论文（设计）所必须具备的工作条件及解决方法
1．需要一台计算机完成编辑工作
2．需要一台计算机及其安装相应的仿真软件进行模拟分析，上机时数约50学时
3．能够进入期刊数据库查阅相关文献
七、工作的主要阶段、进度与时间安排
1． 1月8日—2月28日完成英文翻译、论文写作提纲；
2． 3月22日—4月15日根据写作提纲查阅参考文献50篇左右并作好阅读笔记，提出设计方案；
3． 4月15日—4月20日完成开题报告；
4． 4月25日—5月20日学习仿真软件，并且设计电路；
5 5月21日—6月3日修改根据指导老师意见，完成修改论文并定稿；
6． 6月4日—6月10日完成毕业论文，并且将PPT 制作好
指导教师审查意见
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毕业设计开题报告
题目名称 : 低噪声前置放大器的设计
院（系） : 物理光电工程学院
专业班级 : 应用物理11103班
学生姓名 :
指导教师 : 李林
辅导教师 : 李林
开题报告日期: 2015年4月2日
低噪声前置放大器的设计
学生：代冰玲物理光电工程学院
指导老师：李林物理光电工程学院
一、题目来源
生产实际
二、研究的目的和意义
前置放大器一般处于接收机的前端，主要用于对微弱信号的放大，如雷达天线从空中接受的微弱电磁信号，传感器从生物组织上获取的微弱生物电信号，在放大信号的同时抑制噪声的干扰，得到最大信噪比的放大信号。如果在接受系统的前端连接高性能的低噪声放大器，在低噪声放大器的增益满足要求的情况下，就能够抑制后级电路的噪声，则整个系统的噪声取决于放大器的噪声。所以前置放大器的设计对接收机是至关重要的，它的好坏将直接影响接收机的灵敏度。在实际应用中，特别是在工业测量领域。由于经常工作于比较恶劣的电磁干扰环境中。因此要求放大器必须具有噪声小，信噪比高的特点。本文通过设计的不同的低噪声前置放大器进行对比，分析，总结。旨在设计一款和合理的前置放大器并且为放大器的设计提供基本的思路。本课题对低噪声前置放大器进行了研究，为电路的设计提供案例和方法，具有较高的理论和实际意义。
三、阅读的主要参考文献及资料名称
[1]康华光. 电子技术基础模拟部分[M].北京:高等教育出版社,2006, 第五版.
[2]李永平, 董欣主编, 蒋宏宇编著.Pspice 电路设计实用教程[M].北京:国防工业出版社,2004, 第一版:385～398
[3]郭玉, 鲁永康, 陈波. 分立元件设计的低噪声前置放大器实用电路[J].电子器件,2005-12,28(4).
[4]千奕, 苏弘, 李小刚, 李勇, 董成富, 彭宇, 李素琴, 马晓莉. 一种快前置放大电路的设计[J].核电子学与探测技术,2006,20（26）:842～844
[5]王海洋, 张重继. 低频低噪声高增益放大器的设计与研究[J].白城师范学院学,2005,19(3):1～3
[6]李洹. 几种低噪声前置放大电路及应用[J].电路与系,1993,1:19～21.
[7]江月松. 光电技术与实验[M].北京:北京理工大学出版社,2000:289-290.
[8]张永军. 超低噪声前置放大器设计中的几个问题[J].石油仪器,1997,11(3):21～22
[9]HenryW.Ott著. 电子系统中噪声抑制与衰减技术[J].第2版. 王培清, 李迪, 译. 北京:电子工业出版社,2003:183～184.
[10]席德勋. 现代电子技术[M].北京:高等教育出版社,1999, 第一版:28～29.
[11]张义芳, 冯健华. 高频电子线路[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2002, 第二版:23～24 75～79.
[12]王为东, 傅佑麟. 高频电子线路[M].北京:电子工业出版社,2004, 第一版:7～8,21～31.
[13] A.D.埃文斯. 场效应晶体管[M].北京:人民邮电出版社,1988, 第一版.
[14]郑宏军, 黎昕, 杨少卿, 王立军. 几种典型运算放大放大器的应用技术[M].电子技术应用，1999(8):56～58
[15]蔡锦福. 运算放大器原理与运用[M].北京:科学出版社,2005, 第一版:22～70.
[16]郭培源, 付扬. 光电检测技术与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005, 第一版:94～106.
[17]汪建民.PSpice 电路设计与应用[M].北京:国防工业出版社,2007, 第一版.
[18]Behzad Razavi.模拟CMOS 集成电路设计[M].西安:西安交通大学出版社,2003.
[19]尹辉. 基于场效应管的低噪声前置放大器的研究和设计[J] .石油仪器,2009.
四、国内外研究现状和发展趋势
低噪声宽频带噪声放大器随着现在通讯频带总体上移，射频放大器将会是模拟的主流。由系统天线馈入的无线信号，在处理之前必须进行放大。低噪声放大器就是其中非常重要的部件。随着光刻技术和器件工艺水平的不断提高，近十年来，硅工艺晶体管的工作频率已经能够达到数十GHz 以上。另外，随着工艺水平的大幅提升，RF 低噪声放大器在采用双极晶体管制作的基础上，还衍生了一种新形式，即用MOSFET 制作低噪声放大器。以美国Sirenza 微波器件公司的产品为例。其LNA 产品包含10余个产品系列，各个产品系列采用不同的半导体工艺制作(SiGe、InGaP 、GaAs 、pHEMT 等工艺) 和不同的晶体管形式(BJT、HBT 或FET) ，但产品水平大致相当。而LSI 公司日前推出PA8800前置放大器采用LSI 第二代硅锗(Si-Ge)工艺制造成，不仅可提供3.3Gbps 的业界最高运行速度，而且其功耗比面向同一市场领域的前代产品降低了近30%。放大器的噪声系数还与晶体管的工作状态以及信源内阻有关。在工作频率和信源内阻均给定的情况下，噪声系数也和晶体管直流工作点有关。为了兼顾低噪声和高增益的要求，常采用共发射极一共基极级联的低噪声放大电路。
前置放大器作为接受设备中重要的一环正朝高速度，甚低噪声，高灵敏度，宽频带方向发展。在比如东芝设计的一款低噪声放大器，采用共源—共栅结构。这种放大器的品质因素是3×10-25W/Hz，这比其他公司报道的放大器噪声差不多小了两个数量级。美国宇航局的航天飞机上的通信接收机使用的是S 波段低噪声放大器，它的噪声系数低达2.4分贝(包括开关与双工) 。还有很多很多这样的例子，这里就不再一一列举。此外在低噪声前置放大器设计过程中，选用低噪声的器件和芯片也成为一种趋势。随着集成电路技术设计的完善和器件制作工艺的不断革新，将会有越来越多的性能优越的前置放大器出现。
五、主要研究内容、需重点研究的问题及解决思路
本文以前置放大电路为核心内容，着重分析了差分放大电路的设计方法和改进方案，给出了设计电路实例及仿真结果。完成电路的完整设计，理论计算及仿真。包括元器件的选择、器件参数的计算、电路的供电电源的设计。在完整电路的基础上对设计电路进行仿真，最终实现了在1MHZ 带宽的基础上完成1000倍的信号放大，输入噪声在纳伏量级。在整个课题中，理论设计和计算，仿真。我们通过反复修改设计的电路和挑选理想的器件，最终达到了目的。 解决思路：
( 1) 建立第一级差分放大电路模型，第一级放大电路使用分立元件，通过软件仿真，得到第一级的放大倍数和对噪声的抑制程度，利用软件调整电路的元件参数，同时合理选用低噪声器件，抑制噪声。
( 2) 建立第二级放大电路模型，其中第二级放大电路采用集成运放。
( 3) 对设计的电路图进行仿真和分析
( 4) 最后完成组合电路的设计。
六、完成毕业论文（设计）所必须具备的工作条件及解决方法
1．需要一台计算机完成编辑工作
2．需要一台计算机及其安装相应的仿真软件进行模拟分析，上机时数约50学时
3．能够进入期刊数据库查阅相关文献
七、工作的主要阶段、进度与时间安排
1． 1月8日—2月28日完成英文翻译、论文写作提纲；
2． 3月22日—4月15日根据写作提纲查阅参考文献50篇左右并作好阅读笔记，提出设计方案；
3． 4月15日—4月20日完成开题报告；
4． 4月25日—5月20日学习仿真软件，并且设计电路；
5 5月21日—6月3日修改根据指导老师意见，完成修改论文并定稿；
6． 6月4日—6月10日完成毕业论文，并且将PPT 制作好
指导教师审查意见