5.1 LNA 设计的一般考量

5.1.1 噪声系数

LNA 作为接收机第一级有源电路，其噪声系数（noise figure, NF）**直接叠加**到整机噪声系数上。典型 RX 噪声系数 6–8 dB 的分配：

这个分配只是设计起点，实际中各部分可灵活调整。现代 RF 设计中，LNA 很少孤立设计——整个 RF 链路作为整体迭代优化。

NF = 2 dB 意味着什么？ 考虑图 5.1 的简化模型，LNA 噪声仅用输入参考电压源 $\overline{V_{n,in}^2}$ 表示：

$\mathrm{NF} = 1 + \frac{\overline{V_{n,in}^2}}{4kTR_S} \tag{5.2}$

对 $R_S = 50\Omega$，NF = 2 dB → $\sqrt{\overline{V_{n,in}^2}} = 0.696\ \mathrm{nV/\sqrt{Hz}}$。MOSFET 栅参考热噪声 $\overline{V_{n,g}^2} = 4kT\gamma/g_m$，要达到此值需要：

$$g_m = (29\Omega)^{-1} \quad (\gamma = 1)$$

这是极高的跨导——单管难以同时满足功耗和带宽约束，暗示了输入匹配网络和噪声匹配的必要性。

输入串联电阻对 NF 的影响（Example 5.1）

200 μm 长、0.5 μm 宽的金属走线，方块电阻 $40\ \mathrm{m\Omega/\square}$ → $R_L = (200/0.5) \times 40\ \mathrm{m\Omega} = 16\Omega$。

$R_L$ 的热噪声直接叠加到 LNA 输入参考噪声上：

$\mathrm{NF_{tot}} = 1 + \frac{\overline{V_{n,in}^2} + 4kTR_L}{4kTR_S} = \mathrm{NF_{LNA}} + \frac{R_L}{R_S} \tag{5.5}$

代入 $R_L = 16\Omega$、$R_S = 50\Omega$：NF 从 2 dB (= 1.58) 恶化到 2.79 dB。

关键洞察：即使很小的走线电阻或栅电阻（十几欧姆量级）也会明显抬高 LNA 的噪声系数。版图中输入走线需宽金属、多指栅以降低 $R_G$。