射频集成电路设计作业封面new

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1、射频集成电路设计作业--低噪声放大器设计班级:电子0604学号:200661175姓名:王青鹏日期:2009.12.22射频集成电路设计大作业低噪声放大器设计射频低噪声放大器的ADS设计一.设计目的1.了解低噪声放大器设计的理论基础2.利用ADs软件进行分析和优化设计2.1-2.4Ghz低噪声放大3.仿真优化结果使满足设计指标,最后对微波电路容差特性进行模拟分析。二.设计原理1.低噪声放大器低噪声微波放大器(LNA)已广泛应用于微波通信、GPS接收机、遥感遥控、雷达、电子对抗、射电天文、大地测绘、电视及各种高精度的微波测量系统中,是必不可少的重要电路。低噪声放大器位于射频接收系统的前

2、端,其主要功能是将来自天线的低电压信号进行小信号放大。前级放大器的噪声系数对整个微波系统的噪声影响最大,它的增益将决定对后级电路的噪声抑制程度,它的线性度将对整个系统的线性度和共模噪声抑制比产生重要影响。对低噪声放大器的基本要求是:噪声系数低、足够的功率增益、工作稳定性好、足够的带宽和大的动态范围。LNA是射频接收机前端的主要部分,它主要有四个特点。首先,它位于接收机的最前端,这就要求它的噪声系数越小越好。为了抑制后面各级噪声对系统的影响,还要求有一定的增益,但为了不使后面的混频器过载,产生非线性失真,它的增益又不宜过大。放大器在工作频段内应该是稳定的。其次,它所接受的信号是很微弱的

3、,所以低噪声放大器必定是一个小信号放大器。而且由于受传输路径的影响,信号的强弱又是变化的,在接受信号的同时又可能伴随许多强干扰信号输入,因此要求放大器有足够的线型范围,而且增益最好是可调节的。第三,低噪声放大器一般通过传输线直接和天线或者天线滤波器相连,放大器的输入端必须和他们很好的匹配,以达到功率最大传输或者最小的噪声系数,并保证滤波器的性能。第四,应具有一定的选频功能,抑制带外和镜像频率干扰,因此它一般是频带放大器。低噪声放大器的主要指标如下:1工作频率与带宽2噪声系数3增益4.放大器的稳定性5输入阻抗匹配6端口驻波比和反射损耗在较高的频段设计低噪声放大器,通常选用场效应管FET

4、和高电子迁移率晶体管(HEMT)。影响放大器噪声系数的因素有很多,除了选用性能优良的元器件外,电路的拓扑结构是否合理也是非常重要的。放大器的噪声系数和信-2-射频集成电路设计大作业低噪声放大器设计号源的阻抗有关,放大器存在着最佳的信号源阻抗Zso,如果所示,此时,放大器的噪声系数应该是最小的,所以放大器的输入匹配电路应该按照噪声最佳来进行设计,也就是根据所选晶体管的Гopt来进行设计。为了得到较高的功率增益和较好的输出驻波比,输出匹配电路则采用共扼匹配。输入匹配电路在达到最佳噪声时,放大器的输入阻抗未必恰好与信号源阻抗匹配,因而功率放大倍数不是最大。设计放大器时,首先考虑的是噪声尽可

5、能低,其次才考虑增益的问题。因此,牺牲一点增益来换取噪声系数的降低是必要的,两者之间应该取一个合适的折中。LNA采用两级放大的方式来实现,为使放大器具有更低的噪声,第一级的工作点应根据最小噪声系数来选取最佳的工作电流。为保证有足够的增益,第二级应从最佳增益条件来考虑,同时兼顾噪声。2.仿真设计软件adsAdvancedDesignSystem(ADS)软件是Agilent公司在HPEESOF系列EDA软件基础上发展完善的大型综合设计软件,它功能强大,能够提供各种射频微波电路的仿真和优化设计,广泛应用于通信、航天等领域,是射频工程师的得力助手。本文着重介绍如何使用ADS进行低噪声放大器

6、的仿真与优化设计。三.设计目标频率:2.1GHz~2.4GHz噪声系数:小于0.5dB(纯电路噪声系数不考虑连接损耗)增益:大于15dB增益平坦度:每10MHZ带内小于0.1dB输入输出驻波比:小于2.0输入输出阻抗:50Ω四.设计过程1.首先选择合适的器件选择适用于工作频率且具有可接受的增益和噪声系数的BJT、JEFT和MESFET。工作频率在6GHz以下时,大多使用双极晶体管;工作频率在6GHz以上时,大多选用场效应晶体管。而且,通常要求晶体管的截至频率大于或等于2-3倍的工作频率。低噪声放大器则要求截至频率更高一些。本文选取NEC公司低噪声产品系列的NE3210S01N沟道HJ

7、-FET,其性能如图2所示,它在2-4GHz的频宽内增益在18dB以上,噪声系数在0.5dB以下,符合设计指标。上网下载并安装NEC公司提供的ADSDesignKitforNECElectronics,该工具包集成了NEC系列低噪声放大器的FET、JBJT、HJ-FET,安装在ADS中后可以从元件库面板中选择所需的管子。由于DesignKit中的元器件是已经封装好的晶体管,所以无需再在ADS中建立其Spice模型,直接从手册中查到所选取管子在特定偏置下的各

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