低噪声放大器的设计方法.ppt

设计实验3 低噪声放大器的设计 2. LNA设计的依据与步骤 依据： 满足规定的技术指标 噪声系数（或噪声温度）；功率增益；增益平坦度；工作频带；动态范围 输入、输出为标准微带线，其特征阻抗均为50? 完整设计步骤： 确定放大器级数 选择合适晶体管 决定电路拓朴结构 电路初步设计 用CAD软件进行设计、优化、仿真模拟 3. LNA基本电路模块和设计原则 输入匹配优先满足低噪声要求，即根据输入等增益圆、等噪声圆，选取合适的?s ，作为输入匹配电路设计依据； 输出匹配电路设计以提高放大器增益为主，即选取合适的?L = ?2*作为输出匹配电路设计依据，其中?1，?2 的表达式详见教材相应章节； 满足稳定性条件，且结构工艺上易实现。 4. 用ADS进行LNA的设计 本节主要讲述以下几个方面的内容： 如何选择合适的晶体管； 如何用ADS进行晶体管的稳定性设计； 如何用ADS画出晶体管的等增益圆和等噪声系数圆； 如何用ADS进行LNA输入输出匹配电路设计； 如何用ADS进行LNA电路整体性能的仿真。 4.1 晶体管的选择 打开ADS软件，点击Create A New Project创建新的工程，名为MW_LNA，长度单位为mm 4.1 晶体管的选择（续） 点击OK后同时弹出一个原理图窗口，先保存设计。由于我们将在这个原理图窗口中进行晶体管的基于s参数的仿真设计，因此这里将其命名为FET_sp 4.1 晶体管的选择（续） 4.1 晶体管的选择（续） 这里先选择s参数模型的场效应晶体管sp_hp_ATF-36077行初始设计； 从下图可以看出，该晶体管的偏置情况为Vds=1.5V，Id=10mA。模型适用频率范围为0.5~18.0GHz，如果所设计的电路的工作频率不在这个范围内，就需要考虑换其它型号的晶体管。 4.2 晶体管稳定性设计 原理图窗口左上角下拉列表选择 在左侧工具栏中选择 ，在原理图中添加两个term后连接电路如下图所示。 4.2 晶体管稳定性设计(续) 4.2 晶体管稳定性设计(续) 将s参数仿真控件改为单点仿真模式。双击原理图中的控件S-PARAMETERS，在弹出窗口中选择Frequency标签，在下拉列表框中选择single point，Frequency为12GHz（下页左图）； 选择Noise标签，勾上Calculate Noise选项，在s参数仿真中包括噪声参数（下页中图）； 再选择Display标签，勾上Freq选项，将所仿真的频率显示出来（下页右图） 4.2 晶体管稳定性设计(续) 4.2 晶体管稳定性设计(续) 修改好后的电路图如下图所示 4.2 晶体管稳定性设计(续) 选择 放置一个稳定系数计算控件，以自动计算晶体管的Rollett因子。将控件名字由StabFact1改为K； 选择 在原理图中插入公式：Mag_delta=mag(S11*S22-S12*S21) 4.2 晶体管稳定性设计(续) 点击 或按下F7开始仿真 仿真结束后弹出数据显示窗口。点击左边工具栏中的 ，采用数据列表的方式显示K,Mag_delta,以及晶体管噪声参数Rn,Sopt,和NFmin如下图所示。结果Mag_delta1,K1,说明晶体管是潜在稳定的，因此有必要进行稳定性设计 4.2 晶体管稳定性设计(续) 原理图窗口左边工具栏中点击 和 ，分别添加源稳定性圆和负载稳定性圆计算控件。并将控件中第二个参数由51改为101 4.2 晶体管稳定性设计(续) 按下F7仿真后弹出数据显示窗口，选择左边工具栏中的 ，将源稳定圆和负载稳定圆显示在Smith圆图中。双击圆图，选择弹出对话框中的Plot Option标签，取消Auto Scale，在Max对话框中填1。 选择Marker-New在圆稳定圆上添加一个数据Marker。按下方向键移动Marker，可以看出圆稳定圆上对应阻抗实部的最大值为Z0*0.024=1.2Ohm，也就是说只要在晶体管输入端串联一个阻值大于1.2Ohm的电阻就可以使晶体管处于绝对稳定状态 4.2 晶体管稳定性设计(续) 修改原理图，在晶体管栅极添加一个1.5Ohm的电阻。修改S参数仿真控件为Linear仿真模式，频率范围为11.5~12.5GHz，步距0.01GHz。 4.2 晶体管稳定性设计(续) 仿真过后，在数据窗口中选择 以曲线方式显示K，Mag_delta，以及NFmin。可以看出在输入端串联电阻后，晶体管在工作频率附近都处于绝对稳定状态。同时噪声性能也有所下降。 4.3 等噪声系数圆和等增益圆 ?s=Sopt时，放大器具有最