利用ADS仿真设计低噪声放大器.pdf
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1、 利用 ADS 仿真设计低噪声放大器 内容摘要:本文给出了利用 ADS 仿真设计低噪声放大器的设计方法及步骤,同时给出了该电路的优化仿 真结果及电路性能在批量生产中的合格率。通过设计方法可以看出,利用 ADS 进行微波电路仿真,它不 但很方便的得出最佳电路设计,同时也能对微波电路的容差特性进行了模拟分析,是微波产品设计的良好 工具。 关键词:S 参量仿真、噪声系数、稳定性、YIELD、YIELD 优化仿真。 1 引言: ADS 软件在射频电路的仿真分析与设计方面的应用非常方便,通常对于小信号特性可 以进行 S 参量仿真,可以得到电路的噪声系数、输入输出驻波比、增益及电路的稳定性。 在电原理分析
2、中可以利用仿真器 YIELD 进行电路的合格率分析,可以利用仿真器 YIELD OPTIM 进行电路最大合格率的优化分析,从而得到电路的最佳容差设计。利用 ADS 软件进 行低噪声放大器的设计我们会采用以上的工具进行电路的设计与优化, 输出一个合格率较高 的产品设计,为最终产品的开发成功奠定良好的基础。 2设计目标 在无线通信领域,为了提高接收信号的灵敏度,一般在接收机的最前端放置低噪声放大 器,由于低噪声放大器的噪声系数较小,而接收系统经过合理的增益分布后,噪声系数主要 由低噪声放大器决定,因此,降低低噪声放大器的噪声系数,是提高接收灵敏度的一种关键 手段。本文讲述的是用 PHEMT 场效应
3、管 ATF34143 进行电路第一级的设计方法。对于电路 的第二级以及后续电路可以采用 MMIC 微波单片放大器完成。因此低噪声放大器的关键设 计是电路的第一级。 我们利用 ATF34143 完成的第一级低噪声放大的设计目标是: 频率:1710MHZ1980MHZ 增益:大于 12dB 增益平坦度:每 5MHZ 带内小于 0.2 dB 输入回波损耗:小于 1.5 输出回波损耗:小于 2.0 噪声系数:小于 0.8dB (纯电路噪声系数不考虑连接损耗) 第二级对第一级呈现纯 50阻抗。 3仿真设计: a) 利用小信号 S 参量仿真 ATF34143 场效应管的最佳噪声系数下的源阻抗匹配及负载 阻
4、抗匹配条件。首先我们根据器件特性选择最佳条件,我们选择 VDS=3V ,ID=40mA 得到初始 ATF34143 的最佳噪声系数匹配条件, 图 1 ATF34143 最佳噪声匹配条件 http:/ 图 2 ATF34143 稳定性分析结果 b) 在源极增加电感,使电路稳定性在应用频率范围大于 1,然后将电感用微带线替代。 图 3 ATF34143 增加源极电感条件下的最佳噪声匹配 图 5 ATF34143 增加源极电感条件下的稳定性结果 c) 根据上面分析所得匹配条件进行 LC 分立元件阻抗匹配,并得到单路最佳匹配下的噪 声系数、稳定性以及增益等结果。 http:/ 图 6 电路输入输出噪声
5、匹配 图 7 电路匹配状态分析 c) 增加源极反馈、电源设置,并进行 S 参量仿真分析,初步优化出电原理。 http:/ 图 8 初始电原理图 d) 增加微带传输线,进行 PCB 原理仿真。由于 PCB 布板时传输线的长短对性能影响很 大,尤其是源极反馈微带线的线宽及长度。所以为了真实的模拟实际 PCB 的性能,我们 必须将实际微带线值带入原理图进行仿真。以下为 PCB版图,PCB 采用 FR4 板材,板 厚为 0.8mm.传输线为 1.4mm.PCB 为双面印制板。 图 9 双面 PCB 版图(底层为大面积接地) http:/ 图 10 PCB仿真的电原理图 在原理仿真过程中,我们设置变量:
6、图 8 中的 C1,C6,源极反馈线长,L2 为可变变量。 每个元件的变化范围可以输入。 d) 给上述原理图增加优化仿真器,设定仿真变量,并将设计目标值作为仿真目标,优 化仿真变量设计参数。得到达到设计目标的最佳电路设计参数。并将最佳参数输入 到变量 VAR 中。步骤为: 首先设定元件变量 VAR(至少有一个变量) ,并给定初始变化范围,形式和图 13 相 同; 我们仍然选择 S 参量控制器不变,进行 S 参量仿真; 设置优化目标,我们可以选择我们的设计目标作为优化目标,当然是对应到 S 参量 仿 真 器 可 以 分 析 出 的 结 果 参 量 中 , 如S参 量 仿 真 仿 真 所 对 应
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