a. Chức năng và tiêu chí lựa chọn linh kiện
Khối khuếch đại tạp âm thấp (LNA) thực hiện nhiệm vụ khuếch đại cường độ tín hiệu thu mà không làm tăng đáng kể hệ số tạp âm của hệ thống.
Một trong những thông số quan trọng của các hệ thống thu tín hiệu cao tần chính là độ nhạy thu, được tính bằng công thức:
(2.10)
Trong đó: BW là băng thông của hệ thống tính theo Hz.
SNR là hệ số tín hiệu trên nhiễu yêu cầu với hệ thống. F là hệ số tạp âm của hệ thống.
(2.11)
Với Fn là hệ số tạp âm của tầng thứ n.
Gn là hệ số khuếch đại của tầng thứ n (tính theo lần).
Để tăng tối đa độ nhạy thu của hệ thống, cần giảm tối đa hệ số tạp âm F. Từ công thức 2.11, ta thấy F chịu ảnh hưởng chính bởi , tức là hệ số tạp âm của tầng thứ nhất. Các tầng phía sau nếu có G > 1 thì càng ảnh hưởng ít dần tới F. Chính vì vậy, để khuếch đại tín hiệu thu về, cần sử dụng khối LNA có hệ số tạp âm càng thấp càng tốt để tăng tối đa độ nhạy thu của hệ thống. Đồng thời, cũng từ công thức 2.11 cần chọn tầng LNA có hệ số khuếch đại càng cao thì càng giảm được hệ số tạp âm gây ra bởi các tầng tiếp theo.
f. Lựa chọn linh kiện thích hợp
Có nhiều giải pháp để thiết kế, chế tạo ra một bộ LNA như sử dụng các tranzitor, IC tích hợp … Tuy nhiên, để giảm bớt khối lượng công việc thiết kế, mà vẫn đảm bảo tốt các yêu cầu đầu ra, đồng thời giữ kích thước nhỏ gọn thì sử dụng các loại IC LNA tích hợp vẫn được ưu tiên lựa chọn sử dụng.
Tham khảo một số dòng IC LNA trên thị trường, ta có bảng sau:
Bảng 2.16 So sánh một số loại IC LNA trên thị trường
Loại IC QPL9065 TQL9063 MGA635P8
Dải tần hoạt động 1,8 ~ 2,7 GHz 0,7 ~ 4,0 GHz 2,3 ~ 4GHz
Độ lợi 33 dB 19 dB 18 dB
Hệ số tạp âm 0,5 dB 0,7 dB 0,56 dB
Giá thành 9,54 $ 6,89 $ 4,91 $
Công suất đầu vào tối đa 22 dBm 22 dBm 20 dBm
Từ các thông số trên, em lựa chọn IC QPL9065 là thích hợp nhất với hệ thống khi cho độ lợi rất cao 33 dB, trong khi hệ số tạp âm lại rất nhỏ 0,5 dB.
Hình 2.31 mô tả sơ đồ chân của IC QPL9065. Trong đó, RFin và RFout là các chân tín hiệu RF vào và ra; chân VPD và VBYP là chân nhận tín hiệu điều khiển.
Hình 2.31 Dạng chân của IC QPL9065
Ta thấy bên trong IC QPL9065 bao gồm 2 tầng khuếch đại có thể điều khiển được, thông qua 2 chân VPD và VBYP. Ta có thể bật cả 2 tầng để cho độ khuếch đại cao, hoặc chỉ bật 1 tầng để có độ khuếch đại thấp trong trường hợp công suất tín hiệu vào quá cao.
g. Thiết kế sơ đồ nguyên lí và mô phỏng
Sơ đồ nguyên lí của mạch được xây dựng từ tài liệu thiết kế tham khảo của hãng. Đồng thời, đưa mô hình tương đương của IC LNA QPL9065 dưới dạng file S2P vào phần mềm mô phỏng như Hình 2.32.
Thực hiện mô phỏng trong dải tần 2,2 ~ 2,8 GHz, thu được kết quả như hình sau.
Hình 2.33 Kết quả mô phỏng IC LNA QPL9065
Từ kết quả mô phỏng Hình 2.33, ta thấy độ lợi trong dải tần 2,4 ~ 2,5 GHz đạt khoảng 33,5 dB, suy hao phản xạ tại đầu vào và đầu ra đều tốt và đạt dưới 12 dB. Kết quả này được sử dụng làm tham chiếu với kết quả đo mạch thực tế sau khi hoàn thiện, từ đó đưa ra các điều chỉnh thích hợp.