低噪声放大器的设计方法.ppt

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1、设计实验3低噪声放大器的设计1.实验目的熟练掌握低噪声放大器(LowNoiseAmplifier,LNA)的工作原理，基本指标；熟练掌握低噪声放大器的设计方法；学习如何使用ADS进行射频和微波有源电路的仿真，设计和优化。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

2、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。将设

3、计的LNA指标为：工作频率f=12GHz；输出VSWR=1.5带宽800MHz以上；输出噪声系数nf(2)<1dB，功率增益>12dB；4.1晶体管的选择打开ADS软件，点击CreateANewProject创建新的工程，名为MW_LNA，长度单位为mm4.1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_sp4.1晶体管的选择（续）点击进入ADS自带的元件库，在弹出窗口上方点击，进行查找。这里我们所需要的晶体

4、管为Agilent的ATF-36077，因此我们只需输入关键字36077进行查找，注意查找范围为所有器件库。点击Apply，稍后会显示查找结果如右图。其中前缀为ph表示晶体管大信号模型，使用时需要添加一定的偏置电路；前缀为sp的表示晶体管s参数模型，是在特定偏置条件下，一定频段范围内测试得到的晶体管s参数，可以直接使用，但是不能用来进行直流偏置仿真。一般sp模型用于电路的初始设计，这种模型由于是基于测试的结果，因此精度最好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_1

5、9940627进行初始设计；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)左侧工具栏中选择和，分别在原理图中放置一个s参数仿真控件和一个环境变量控制控件。并如右图所示将OPTIONS控件中的噪声仿真温度Temp改为IEEE标准温度16

6、.850C4.2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singlepoint，Frequency为12GHz（下页左图）；选择Noise标签，勾上CalculateNoise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

7、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_delta<1,K<1,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

8、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1014.2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PlotOption标签，取消AutoScale，在Max对话框中填1。选择Marker->New在圆稳定圆上添加一