在我们所接触的收发机设备中，通常大家会看到这样的电路组合——衰减器+LNA。也许朋友们都习以为常认为这是一种很典型很固定的组合，也有很多像我一样RF的初学者甚至是那些有多年工作经验的RF工程师们都将其看做模块电路处理之，但是我们真的清楚这样的电路吗？为什么要在LNA前面加衰减器，为什么不是general purpose amplifier 前面加衰减器？或者说整个通信连路上原本非常宝贵的gain资源为什么要白白浪费？而且这样的浪费还要付出noise figure恶化的代价？这些也许正是我们一个初学者需要搞清楚的问题吧。All right,这一期的博文就请大家随着我一起探讨一下这个在RFchain中平凡而又不简单的问题吧。

一般情况下，我们通常在收发机里可以看见的电路，如下图1.1所示

我们知道，混频器出来的RFout里除了携带有信息的能量之外，还含有harmonics ,intermodulation,以及其它interference和thermal noise等无用的杂讯。接下来我们分别讨论一下mixer后面接不同电路所产生的效应。

在分析之前，我们先假设从mixer输出端各种能量成分，如图1.2所示

Signal: -50dBm

Interference(Harmonic+intermodulation+….)): -70dBm(这里取有效带宽内的有效功率)

Equivalent Thermal noise : KToB

且此通信链路要求有用的signal 的输出能量具有15dB的增益，且使输出的干扰噪声降到最小。

方案一：mixer + general purpose amplifier

 拓扑结构框图如下如所示,所有从mixer输出端的能量经过amplifier的放大，全部提高15dB倍，即

Signal-out= signal-in(dBm)+Gain=-50dBm+15dB=-35dBm

Interference-out=interference-in (dBm)+Gain=-70dBm+15dB=-55dBm

Noise-out= equivalent thermal noise+Gain+Na=KTeB+15dB+Na

Na表示能量经过amplifier之后，由于晶体管内部热载流子以及电流流经实阻所太高的热噪声。Na的等效功率远远大于即使是增加了15个dB的equivalent thermal noise.,如下图1.3所示

我们可以发现，从mixer出来的信号经过amplifier之后，能量发生了变化从而可以得到如下参数：

SNA(out)= Signal-out/( Interference-out+ Noise-out)= signal-in+Gain /( interference-in+Gain + equivalent thermal noise+Gain+Na)

SNA(in) = Signal-in/ (Interference+ Equivalent Thermal noise)

对比公式，可以发现整正造成信噪比恶化的罪魁祸首是Na.举个反例说明一下，如果晶体管非常理想即不存在所谓的Na，那么经过晶体管的能量的信噪比是不会发生变化的。这一点，可以从上面的公式很容易的看出。

我们再来看看Noise Figure 或Noise factor ：

再计算Noise factor 之前，我们先明确其定义：

F =          Na + kToBG
           ――――――――     (1)
                 kToBG 

The IEEE Standard definition of noise figure, equation (1),states that noise figure is the ratio of the total noise poweroutput to that portion of the noise power output due to noise at the input when the input source temperature is 290K.

所以我们可以发现，在计算noise factor 的时候,DUT的input端并不存在interference且此时的thermal noise仅仅是当Te=To=291K是所测试到的值，这一点非常重要。我们将interference的功率取为0，同时将To=291K带入上式可以的到noise factor 或noise figure .观察发现，影响噪声系数的罪魁祸首也是Na,而原本的thermal noise的仅仅是其弱函数的关系，影响并不大。

这样可以说明，即使我们在mixer和amplifier之间做到完全匹配，从mixer出来的有用信号能量全部传递给amplifier，造成其输入输出信噪比恶化的主要原因是晶体管内部所增加的Na,而不是原本输入端的噪声或者干扰的影响造成的。

同时，我们还应该注意到上述的分析都是在很理想的状态下做出的。但实际工程中，mixer和amplifier之间并不是完全共轭匹配的，因此还存在着能量反弹，引起如信号完整性的问题。Mixer对频率是非常敏感的器件，由于后端的能量反弹（这样的能量频率大部分又都是在我们有用信息的带宽内）会反复在mixer和amplifier之间反弹而造成振铃，信号抵消等效应从而造成对有用信息的破坏。而且样的能量也会串入mixer的LO及RFin端，而与这些频率的信号发生互调从而更进一步恶化输出的结果。

接下来的博文，将分别详细分析mixer +attenuator+ general purpose amplifier和mixer+ attenuator+ LNA这两种方案，并给出充分的证明后者比其他两外两种结构在信号完整性，噪声等方面具有非常明显的优势，而这些细节，可能往往被我们忽略。

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