O que é um PA / LNA?

Vi uma comparação de dois módulos receptores de rádio semelhantes. Eles usaram o mesmo IC, mas um teve um alcance maior devido à inclusão de um "PA / LNA", que eu entendo ser uma abreviação de "Power Amp / Low Noise Amp".

• O que é um PA / LNA?
• Como o PA / LNA trabalha para aumentar o alcance da RF?
• O PA e o LNA geralmente são usados ​​juntos?

(atualização) O módulo com maior alcance possui este IC, que inclui a funcionalidade PA e LNA: SE2431L Módulo frontal ZigBee de 2,4 GHz / 802.15.4

• PA: (amplificador de potência) amplifica ao transmitir.
• LNA: (amplificador de baixo ruído) amplifica ao receber.
• ambos ficam entre o circuito e a antena.
• para sinal dúplex, o duplex passivo muda entre os dois em Rx / Tx.

O PA significa amplificador de potência, neste caso, um amplificador de RF ou microondas usado para transmissão de um sinal. LNA significa amplificador de baixo ruído, normalmente usado para bandas de alta RF ou sinais de microondas como um receptor de sinal sensível. PAs e LNAs nem sempre são combinados. Depende da aplicação. Encontrei este artigo na web, que aborda os detalhes básicos.

Entendendo o básico de amplificadores de baixo ruído e potência em projetos sem fio Por Bill Schweber
Contribuído por Electronic Products
2013-10-24

1) Em um projeto sem fio, dois componentes são as interfaces críticas entre a antena e os circuitos eletrônicos, o amplificador de baixo ruído (LNA) e o amplificador de potência (PA). No entanto, é aí que termina sua comunalidade. Embora ambos tenham diagramas e funções de blocos funcionais muito simples em princípio, eles têm desafios, prioridades e parâmetros de desempenho muito diferentes.

2) O LNA funciona em um mundo de incógnitas . Como "front end" do canal receptor, ele deve capturar e amplificar um sinal de muito baixa potência e baixa tensão, além de ruído aleatório associado que a antena lhe apresenta, dentro da largura de banda de interesse. Na teoria dos sinais, isso é chamado de desafio desconhecido de sinal / ruído desconhecido, o mais difícil de todos os desafios de processamento de sinal.

3) Por outro lado, o PA recebe um sinal relativamente forte do circuito, com SNR muito alto, e deve "meramente" aumentar sua potência. Todos os fatores gerais sobre o sinal são conhecidos, como amplitude, modulação, forma, ciclo de trabalho e muito mais. Este é o quadrante de sinal conhecido / ruído conhecido do mapa de processamento de sinais e o mais fácil de gerenciar. Apesar dessa aparente situação funcional simples, a AP também apresenta desafios de desempenho.

4) Nos sistemas duplex (bidirecional), o LNA e o PA geralmente não se conectam diretamente à antena; em vez disso, vão a um duplexador, um componente passivo. O duplexador usa fases e deslocamento de fase para direcionar a potência de saída do PA para a antena enquanto a bloqueia da entrada do LNA, para evitar sobrecarga e saturação da entrada sensível do LNA.

O PA e o LNA estarão nas extremidades opostas de um link de RF - e em um link duplex, a função muda dependendo da direção do sinal. Os dois componentes (junto com as 2 antenas) fazem um longo caminho para determinar o orçamento do link, isso afeta a combinação de faixa de transmissão e taxa de bits.

No final da recepção, para um determinado esquema de modulação e taxa de erro aceitável, você precisará de uma proporção específica entre a potência do sinal e a potência do ruído. A potência do sinal é determinada pela potência de transmissão (do PA), ganho da antena e perda de transmissão. No entanto, mais energia é cara tanto em componentes quanto em suprimentos (o PA geralmente é bem menos que 50% eficiente).

O LNA amplifica o sinal desejado e o ruído térmico na entrada do LNA, além de um pouco mais de ruído. Para um bom LNA, isso representará cerca de 1 dB de ruído térmico extra. O LNA também precisa ser linear para evitar distorções causadas por sinais indesejados (geralmente fortes) que podem ser filtrados posteriormente na cadeia de recebimento.

Um bom LNA é a primeira coisa a ser investida, pois você compra 1-2 dB com bastante facilidade. Então boas antenas, finalmente um PA mais poderoso. Há muitos pequenos detalhes que também contribuem - esses dois componentes por si só não podem resgatar um design ruim.

Ao tentar entender o PA / LNA, você também pode entender como eles estão relacionados aos duplexadores. No entanto, foi surpreendente para mim ver como é difícil encontrar um diagrama simples de entender de um básico duplexer, que mostre as propriedades do sinal e do esquema. É claro que hoje em dia você nem precisa de duplexadores, pois existem soluções diferentes, frequentemente usadas em transceptores de banda base de telefone celular.

A esse respeito, um quadro descritivo que encontrei é o de uma patente.

e do site YateBTS .

Observe também que, falando livremente, um duplexador é usado para TX e RX na mesma antena, mas (geralmente) não na mesma frequência, enquanto um diplexador é usado como TX ou RX na mesma antena, mas (geralmente) no frequências diferentes.