Che cos'è un PA / LNA?

Ho visto un confronto tra due moduli radio riceventi simili. Hanno usato lo stesso circuito integrato, ma uno aveva una portata maggiore a causa dell'inclusione di un "PA / LNA" che capisco essere un'abbreviazione di "Amplificatore di potenza / Amplificatore a basso rumore".

• Che cos'è un PA / LNA?
• Come funziona il PA / LNA per aumentare la gamma RF?
• L'AP e l'LNA vengono generalmente utilizzati insieme?

(aggiornamento) Il modulo con una gamma più ampia ha questo circuito integrato che include le funzionalità PA e LNA: SE2431L 2.4 GHz ZigBee / 802.15.4 Front End Module

• PA: (amplificatore di potenza) si amplifica durante la trasmissione.
• LNA: (amplificatore a basso rumore) amplifica durante la ricezione.
• entrambi siedono tra i circuiti e l'antenna.
• per il segnale duplex, il duplexer passivo si sposta tra i due su Rx / Tx.

Il PA sta per amplificatore di potenza, in questo caso un amplificatore RF o microonde utilizzato per la trasmissione di un segnale. LNA sta per amplificatore a basso rumore, normalmente utilizzato per bande RF elevate o segnali a microonde come ricevitore di segnale sensibile. PA e LNA non sono sempre combinati. Dipende dall'applicazione. Ho trovato questo articolo sul web che copre i dettagli di base.

Comprensione dei concetti di base degli amplificatori di potenza a basso rumore e nei progetti wireless di Bill Schweber,
contributo dei prodotti elettronici
24-10-2013

1) In un design wireless, due componenti sono le interfacce critiche tra l'antenna e i circuiti elettronici, l'amplificatore a basso rumore (LNA) e l'amplificatore di potenza (PA). Tuttavia, è qui che finisce la loro comunanza. Sebbene entrambi abbiano diagrammi a blocchi funzionali molto semplici e ruoli in linea di principio, hanno sfide, priorità e parametri prestazionali molto diversi.

2) L'LNA funziona in un mondo di incognite . Come "front-end" del canale del ricevitore, deve catturare e amplificare un segnale a bassissima potenza e bassa tensione più il rumore casuale associato che l'antenna gli presenta, all'interno della larghezza di banda di interesse. Nella teoria dei segnali, questa è chiamata sfida del segnale sconosciuto / rumore sconosciuto, la più difficile di tutte le sfide di elaborazione del segnale.

3) Al contrario, l'AP prende un segnale relativamente forte dai circuiti, con SNR molto elevato, e deve "semplicemente" aumentare la sua potenza. Sono noti tutti i fattori generali relativi al segnale, quali ampiezza, modulazione, forma, ciclo di lavoro e altro. Questo è il quadrante del segnale noto / rumore noto della mappa di elaborazione del segnale e il più semplice da gestire. Nonostante questa apparente semplice situazione funzionale, anche l'AP ha delle sfide in termini di prestazioni.

4) Nei sistemi duplex (bidirezionali), l'LNA e il PA di solito non si collegano direttamente all'antenna, ma vanno invece a un duplexer, un componente passivo. Il duplexer utilizza la fasatura e lo sfasamento per indirizzare la potenza di uscita dell'AP all'antenna mentre la blocca dall'ingresso LNA, per evitare sovraccarico e saturazione dell'ingresso LNA sensibile.

PA e LNA saranno alle estremità opposte di un collegamento RF - e in un collegamento duplex il ruolo cambia a seconda della direzione del segnale. I due componenti (insieme alle 2 antenne) fanno molto per determinare il budget di collegamento, questo influenza la combinazione di intervallo di trasmissione e bit rate.

Al termine della ricezione, per un determinato schema di modulazione e un tasso di errore accettabile, sarà necessario un rapporto specifico tra potenza del segnale e potenza del rumore. La potenza del segnale è determinata dalla potenza di trasmissione (dall'AP), dal guadagno dell'antenna e dalla perdita di trasmissione. Tuttavia, una maggiore potenza è costosa sia per i componenti che per l'alimentazione (la PA di solito ha un'efficienza inferiore al 50%).

LNA amplifica sia il segnale desiderato, sia il rumore termico all'ingresso LNA, oltre a un po 'più di rumore. Per un buon LNA, ci saranno circa 1dB di rumore termico extra. L'LNA deve anche essere lineare per evitare la distorsione causata da segnali indesiderati (spesso forti) che possono essere filtrati successivamente nella catena di ricezione.

Un buon LNA è la prima cosa su cui investire, questo ti fa guadagnare 1-2 dB abbastanza facilmente. Quindi buone antenne, poi finalmente un PA più potente. Ci sono anche molti piccoli dettagli che contribuiscono: questi due componenti da soli non possono salvare un cattivo design.

Quando si tenta di comprendere PA / LNA, è possibile che si desideri comprendere anche come sono correlati ai duplexer. Tuttavia, è stato sorprendente per me vedere quanto sia difficile trovare un diagramma di base di semplice comprensione duplexer, che mostri sia il segnale sia le proprietà schematiche. Ovviamente al giorno d'oggi non hai nemmeno bisogno di duplexer in quanto esistono diverse soluzioni, come spesso utilizzate nei ricetrasmettitori di banda base per telefoni cellulari.

A questo proposito, un quadro descrittivo che ho trovato è questo da un brevetto.

e dal sito YateBTS .

Si noti inoltre che, in senso lato, un duplexer viene utilizzato per TX e RX sulla stessa antenna ma (spesso) non con la stessa frequenza, mentre un diplexer viene utilizzato come TX o RX sulla stessa antenna, ma (spesso) sul frequenze diverse.