低噪声放大器.ppt

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1、基于ADS的低噪声放大器设计汇报人：杨辉指导老师：施阳时间：2012年5月1研究概述背景意义低噪声放大器是现代无线通信、雷达、电子对抗系统等应用中一个非常重要的部分，常用于接收系统的前端，在放大信号的同时抑制噪声干扰，提高系统灵敏度。如果在接收系统的前端连接高性能的低噪声放大器，在低噪声放大器增益足够大的情况下，就能抑制后级电路的噪声，则整个接收机系统的噪声系数将主要取决于放大器的噪声。如果低噪声放大器的噪声系数降低，接收机系统的噪声系数也会变小，信噪比得到改善，灵敏度大大提高。由此可见低噪声放大器的性能制约了整个接收系统的性能，对于整个接收系统技术水平的提高，

2、也起了决定性的作用。2研究概述任务与目标本次毕业设计的主要要求是熟悉理解低噪声放大器的工作原理，并熟练运用ADS2006仿真软件进行低噪声放大器的仿真设计。本次设计的是工作频率在2.4-2.5GISM频段,噪声系数NF<0.7，增益Gain>15，VSWRin<1.5，VSWRout<1.5的低噪声放大器，并对设计的模型进行优化。3研究综述低噪声放大器的设计本次采用的是安捷特公司的高电子迁移率晶体管（PHEMT）ATF54143芯片进行低噪声放大器的设计。本次设计的主要步骤主要有（1）直流分析；（2）偏置电路分析；（3）稳定性分析；（4）噪声系数圆和输入匹配；（

3、5）最大增益的输出匹配；（6）匹配网络的实现。4研究综述直流分析设计LNA的第一步是确定晶体管的直流工作点。5研究综述直流分析仿真结果如下图所示：6研究综述直流分析从ATF54143的数据手册上可以看到噪声和Vds和Ids的关系，从而确定晶体管工作点。在2GHz时，当Vds=3V且Ids=20mA时，Fmin接近最小值。此时，增益大约为16.3dB，能满足设计要求，那么晶体管直流工作点就设为Vds=3V，Ids=20mA。7研究综述偏置电路分析创建新的原理图，在原理图中放入ATF54143的模型和“DA_FETBias”控件。8研究综述偏置电路分析添加各种元器件

4、和控件，完成偏置电路。9研究综述稳定性分析加入理想直流扼流和射频扼流并设置相应参数的原理图。10研究综述稳定性分析从仿真图看出，在2.45GHz时，最大增益为19.812dB，稳定性系数为K=0.895，小于1。从晶体管放大器理论可知，只有绝对稳定系数K>1，放大器电路才会稳定，这里K<1，不稳定。11研究综述稳定性分析为了使系统稳定加入负反馈。12研究综述稳定性分析反复调节反馈电感，使其在整个工作频率范围内稳定。X最终定为0.45nH。整个电路在低频部分不稳定，并且低频部分增益还很高，解决此问题的方法是在电路中串联或并联小电阻。13研究综述稳定性分析接下来，把

5、理想DC_Feed元器件改为实际器件，选用MuRata（日本村田公司）的电容和电感。14研究综述稳定性分析从下图可以看出，电路在低频部分已经稳定了。下面需要把晶体管源极的两个电感换成微带线的形式。一方面是因为这两个电感值太小，实际的电感很难做到；另一方面是因为从调节这两个电感值就可以发现，这两个电感值稍微改变，就会对整个电路稳定性产生很大影响。15研究综述稳定性分析下图中，晶体管源极微带线宽为0.5mm，其特征阻抗为87.0502Ohm，最后算出的长度为0.739mm。再把晶体管两端“DC_block”理想元器件换成真实器件，仍然选用MuRata电容，两个隔直电

6、容都选用“GRM18”系列，电容值为22PF。16研究综述稳定性分析从图中可以看出，全部换成真实器件后稳定系数和增益依然很好。17研究综述噪声系数圆和输入匹配从图中看出，在2.350GHz时的最小噪声系数为0.485dB。接下来就要设计一个适当得输入匹配网络来实现最小噪声系数。18研究综述噪声系数圆和输入匹配在图中，m2是LNA有最大增益时的输入端阻抗，此时可获得增益约为16.49dB；m4为LNA有最小噪声系数时的输入端阻抗，此时可获得最小噪声指数为0.49dB。19研究综述噪声系数圆和输入匹配对于低噪声放大器，尤其是第一级放大器，首先考虑的是最小噪声，所以这

7、里优先考虑噪声，那么最优的输入端阻抗就定为m4点的阻抗。其中定为50Ohm，则输入端阻抗就为25.7-j*14.1Ohm。这时，可以看出m4处的增益大约比m3点略小（m3处增益为15.98dB）。为了达到最小噪声系数，在晶体管的输入端需要满足最佳源反射系数的要求，而整个电路的输入阻抗，所以需要输入匹配网络把（为m4处阻抗的共轭，即25.7+j*14.1）变换到输入阻抗50Ohm。如图所示为输入匹配框图。20研究综述噪声系数圆和输入匹配通过添加Smith圆图匹配工具DA_SmithChartMatch工具来完成匹配后原理图。21研究综述噪声系数圆和输入匹配可以使用

8、调整工具来调整两段传输线