Малошумящий усилитель (LNA, МШУ)

Сигнал от антенны радиомодуля — доли микровольта. Прежде чем его можно перенести на промежуточную частоту и оцифровать, его усиливает первый каскад — малошумящий усилитель. Его шум складывается с шумом сигнала раньше всех остальных, поэтому именно он во многом задаёт чувствительность приёмника.

Обновлено 28 октября 2026 г.Редакция GAW

Содержание

Место в приёмнике
Усиление, шум и перегрузка
Внешний LNA

Малошумящий усилитель (low-noise amplifier, LNA, МШУ) — первый усилительный каскад приёмника, который стоит сразу за антенной и входной согласующей цепью. Его задача — поднять слабый сигнал, добавив как можно меньше собственного шума. Шум и потери, внесённые до LNA и в нём самом, усиливаются всеми следующими каскадами, а шум следующих каскадов приходит уже к усиленному сигналу. Поэтому коэффициент шума всего приёмника почти целиком определяется входом.

Место в приёмнике

В трансиверах для микроконтроллеров LNA встроен в чип. В SX1276 принятый сигнал сначала усиливает LNA с несимметричным входом, затем он переводится в дифференциальный вид, переносится смесителем на промежуточную частоту в виде составляющих I и Q и оцифровывается сигма-дельта АЦП (разд. 3). CC1101 устроен так же — приёмник с низкой ПЧ (разд. 6); общая схема разобрана в термине «Супергетеродин».

Усиление, шум и перегрузка

Высокое усиление LNA хорошо для слабых сигналов и плохо для сильных: каскады после него перегружаются, появляются интермодуляционные помехи. Поэтому усиление регулирует АРУ. Таблица 38 даташита SX1276 показывает цену переключения:

Ступень	Относительное усиление	NF, диапазон 1	IIP3, диапазон 1
G1	0 дБ	7 дБ	−11 дБм
G2	−6 дБ	12 дБ	−6 дБм
G3	−12 дБ	17 дБ	0 дБм
G4	−24 дБ	27 дБ	+9 дБм
G6	−48 дБ	43 дБ	+14 дБм

С уменьшением усиления LNA коэффициент шума быстро растёт, а точка пересечения IIP3 — линейность — улучшается. Чувствительность в даташите указывают при наибольшем усилении (табл. 10). Если АРУ выключена (AgcAutoOn = 0), ступень выбирают вручную полем LnaGain. В CC1101 предел усиления LNA задаёт поле MAX_LNA_GAIN регистра AGCCTRL2 — от максимума до примерно 17,1 дБ ниже него.

Внешний LNA

Когда встроенного не хватает, перед чипом ставят внешний LNA — часто вместе с усилителем мощности и антенным переключателем в одной микросхеме. Для CC1101 TI предлагает CC1190 (850–950 МГц), который увеличивает бюджет радиолинии за счёт мощности передатчика и лучшего коэффициента шума приёмника (разд. 28.8). Ставить его нужно как можно ближе к антенне: любые потери до LNA — кабель, переключатель, фильтр — прибавляются к коэффициенту шума почти один к одному (наш вывод).

Частые вопросы

Зачем уменьшать усиление LNA, если от этого растёт шум?

Чтобы сильный сигнал не перегрузил приёмник. При большом усилении первый каскад и смеситель уходят в нелинейность, и появляются интермодуляционные искажения. Поэтому АРУ SX1276 при росте входного уровня переключает LNA с G1 на G2…G6: NF растёт, но растёт и IIP3 — у G1 в диапазоне 1 он −11 дБм, у G6 — +14 дБм (табл. 38). Для слабых сигналов используют наибольшее усиление.

Что делает LnaBoost в SX1276?

Это режим повышенного тока LNA для высокочастотного входа: поле LnaBoostHf = 11 поднимает ток LNA до 150 % (регистр RegLna). Чувствительность в табл. 10 указана с включённым LnaBoost и наибольшим усилением; ток приёма при этом 11,5 мА против 10,8 мА без него (табл. 6). Для батарейных устройств выигрыш в чувствительности сравнивают с ростом тока.

Нужен ли внешний LNA к радиомодулю?

Обычно нет: у CC1101 и SX1276 LNA встроен. Внешний ставят, когда нужно перекрыть потери между антенной и чипом или улучшить коэффициент шума — например, TI предлагает для CC1101 микросхему CC1190 с усилителем мощности и LNA с низким шумом (разд. 28.8). Внешний LNA ставят как можно ближе к антенне: потери до него прибавляются к коэффициенту шума.

Источники

Semtech. SX1276/77/78/79 Datasheet, Rev. 5 (August 2016) — архивная копия официального файла; разд. 3 (с. 23): принятый сигнал сначала усиливает LNA, входы LNA несимметричные, затем перевод в дифференциальный вид, смеситель I/Q на ПЧ, сигма-дельта АЦП, цифровая обработка, АРУ и RSSI; разд. 5.5.3, табл. 38 (с. 86): АРУ FSK/OOK переключает усиление LNA G1–G6 по порогам AgcThresh; относительное усиление 0, −6, −12, −24, −26, −48 дБ; NF в диапазонах 3/2/1 — G1 4/5,5/7 дБ, G2 6,5/8/12 дБ, G3 11/12/17 дБ, G6 44/45/43 дБ; IIP3 G1 −15/−22/−11 дБм, G6 11/12/14 дБм; табл. 24 (с. 60): при AgcAutoOn = 0 усиление LNA задаётся вручную полем LnaGain; табл. 6 (с. 14): ток приёма в диапазоне 1 — 10,8 мА с выключенным LnaBoost и 11,5 мА с включённым; табл. 10 (с. 20): чувствительность указана при наибольшем усилении LNA и LnaBoost; регистр RegLna (с. 110): LnaGain G1–G6, LnaBoostHf = 11 — ток LNA 150 % для входа RFI_HF
Texas Instruments. CC1101 Low-Power Sub-1 GHz RF Transceiver, SWRS061I (2013) — разд. 6 (с. 22): приёмник с низкой ПЧ — сигнал усиливается малошумящим усилителем (LNA) и переносится в квадратуре на ПЧ; регистр AGCCTRL2 (с. 85): MAX_LNA_GAIN ограничивает усиление LNA + LNA 2 ступенями примерно на 2,6; 6,1; 7,4; 9,2; 11,5; 14,6 и 17,1 дБ ниже максимума; разд. 28.8 (с. 66): CC1190 для 850–950 МГц — усилитель мощности и LNA с низким коэффициентом шума для улучшения чувствительности, плюс переключатели и согласование

Нашли ошибку?