Qu'est-ce qu'un PA / LNA?

J'ai vu une comparaison de deux modules récepteurs radio similaires. Ils ont utilisé le même IC, mais l'un avait une plus grande plage en raison de l'inclusion d'un "PA / LNA" que je comprends être une abréviation de "Power Amp / Low Noise Amp".

• Qu'est-ce qu'un PA / LNA?
• Comment fonctionne le PA / LNA pour augmenter la portée RF?
• Le PA et le LNA sont-ils généralement utilisés ensemble?

(mise à jour) Le module avec une plus grande portée a ce CI qui inclut les fonctionnalités PA et LNA: Module frontal SE2431L 2,4 GHz ZigBee / 802.15.4

• PA: (ampli de puissance) amplifie lors de la transmission.
• LNA: (amplificateur à faible bruit) amplifie lors de la réception.
• les deux se trouvent entre les circuits et l'antenne.
• pour le signal duplexé, le duplexeur passif bascule entre les deux sur Rx / Tx.

Le PA signifie amplificateur de puissance, dans ce cas un amplificateur RF ou micro-ondes utilisé pour la transmission d'un signal. LNA signifie amplificateur à faible bruit, normalement utilisé pour les bandes RF élevées ou les signaux micro-ondes comme récepteur de signal sensible. Les AP et les LNA ne sont pas toujours combinés. Cela dépend de l'application. J'ai trouvé cet article sur le Web qui couvre les détails de base.

Comprendre les bases des amplificateurs à faible bruit et de puissance dans les conceptions sans fil Par Bill Schweber
Contribution de Electronic Products
2013-10-24

1) Dans une conception sans fil, deux composants sont les interfaces critiques entre l'antenne et les circuits électroniques, l'amplificateur à faible bruit (LNA) et l'amplificateur de puissance (PA). Cependant, c'est là que leur communauté s'arrête. Bien que les deux aient des schémas fonctionnels et des rôles très simples en principe, ils ont des défis, des priorités et des paramètres de performance très différents.

2) Le LNA fonctionne dans un monde d'inconnues . En tant que "frontal" du canal récepteur, il doit capturer et amplifier un signal de très faible puissance et basse tension plus le bruit aléatoire associé que l'antenne lui présente, dans la bande passante d'intérêt. Dans la théorie du signal, cela s'appelle le défi signal inconnu / bruit inconnu, le plus difficile de tous les défis de traitement du signal.

3) En revanche, le PA prend un signal relativement fort des circuits, avec un SNR très élevé, et doit "simplement" augmenter sa puissance. Tous les facteurs généraux concernant le signal sont connus, tels que l'amplitude, la modulation, la forme, le rapport cyclique, etc. Il s'agit du quadrant signal connu / bruit connu de la carte de traitement du signal, et le plus facile à gérer. Malgré cette situation fonctionnelle apparemment simple, l'AP a également des problèmes de performance.

4) Dans les systèmes duplex (bidirectionnels), le LNA et le PA ne se connectent généralement pas directement à l'antenne, mais vont plutôt à un duplexeur, un composant passif. Le duplexeur utilise le phasage et le déphasage pour diriger la puissance de sortie du PA vers l'antenne tout en la bloquant de l'entrée LNA, pour éviter la surcharge et la saturation de l'entrée LNA sensible.

Le PA et le LNA seront aux extrémités opposées d'une liaison RF - et dans une liaison duplex, le rôle change en fonction de la direction du signal. Les deux composants (ainsi que les 2 antennes) font un long chemin pour déterminer le budget de liaison, ce qui affecte la combinaison de la portée de transmission et du débit binaire.

À la réception, pour un schéma de modulation donné et un taux d'erreur acceptable, vous aurez besoin d'un rapport spécifique entre la puissance du signal et la puissance du bruit. La puissance du signal est déterminée par la puissance d'émission (de l'AP), le gain d'antenne et la perte de transmission. Cependant, plus de puissance coûte cher à la fois en composants et en alimentation (le PA est généralement bien moins efficace à 50%).

LNA amplifie à la fois le signal souhaité et le bruit thermique à l'entrée LNA, plus un peu plus de bruit. Pour un bon LNA, ce sera autour de 1 dB de bruit thermique supplémentaire. Le LNA doit également être linéaire pour éviter la distorsion causée par des signaux indésirables (souvent forts) qui peuvent être filtrés plus tard dans la chaîne de réception.

Un bon LNA est la première chose à investir, cela vous permet d'acheter 1-2 dB assez facilement. Puis de bonnes antennes, puis enfin un sono plus puissant. Il y a beaucoup de petits détails qui contribuent également - ces deux composants ne peuvent pas à eux seuls sauver une mauvaise conception.

Lorsque vous essayez de comprendre le PA / LNA, vous pouvez également comprendre comment ils sont liés aux duplexeurs. Cependant, il m'était surprenant de voir à quel point il est difficile de trouver un diagramme simple à comprendre d'un élément de base duplexer, qui montre à la fois le signal et les propriétés schématiques. Bien sûr, de nos jours, vous n'avez même pas besoin de duplexeurs car il existe différentes solutions, comme souvent utilisées dans les émetteurs-récepteurs en bande de base pour téléphones mobiles.

À cet égard, une image descriptive que j'ai trouvée est celle d'un brevet.

et du site YateBTS .

Notez également que, en gros, un duplexeur est utilisé pour TX et RX sur la même antenne mais (souvent) pas la même fréquence, tandis qu'un diplexeur est utilisé comme TX ou RX sur la même antenne, mais (souvent) sur le même différentes fréquences.