當(dāng)前位置:首頁 > 模擬 > 模擬
[導(dǎo)讀]摘要:應(yīng)用E-PHEMT器件ATF-58143設(shè)計了一款增益約20 dB,噪聲系數(shù)小于0.5 dB的低噪聲放大器。采用負(fù)反饋保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性,利用匹配網(wǎng)絡(luò)保證了低噪聲系數(shù)和高增益。結(jié)合該實例介紹了借助ADS軟件進(jìn)行低噪聲放大器的設(shè)

摘要:應(yīng)用E-PHEMT器件ATF-58143設(shè)計了一款增益約20 dB,噪聲系數(shù)小于0.5 dB的低噪聲放大器。采用負(fù)反饋保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性,利用匹配網(wǎng)絡(luò)保證了低噪聲系數(shù)和高增益。結(jié)合該實例介紹了借助ADS軟件進(jìn)行低噪聲放大器的設(shè)計方法,給出設(shè)計步驟,并對仿真結(jié)果進(jìn)行了分析,對于LNA的研究與設(shè)計具有重要意義。
關(guān)鍵詞:低噪聲放大器;噪聲系數(shù);ADS軟件;匹配

    從天線接收的微弱信號由處于射頻接收機前端的放大器進(jìn)行放大,因此要求該放大器具有一定的增益和較小的噪聲系數(shù)。
    本文借助Agilent公司的射頻電路設(shè)計軟件ADS(Advanced Design System)進(jìn)行輔助設(shè)計一款高增益低噪聲放大器(LNA),并對其進(jìn)行了仿真驗證。

1 射頻放大器的組成
    單級射頻放大器的組成如圖1所示,包括射頻晶體管放大電路和輸入、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)三部分。



2 射頻放大器的設(shè)計
2.1 晶體管的選擇
    選擇好晶體管器件對低噪聲放大器的設(shè)計至關(guān)重要。
    根據(jù)工作頻率、增益和噪聲系數(shù)等指標(biāo)要求,同時考慮到設(shè)計、仿真時便于得到相應(yīng)的元器件模型,最終選用Avago公司的高電子遷移率晶體管(E-PHEMT)ATF-58143來進(jìn)行設(shè)計(可以在Avago公司的網(wǎng)站上下載到ATF-58143的元件模型)。
2.2 偏置電路的設(shè)計
    設(shè)計LNA首先需要確定靜態(tài)工作點,利用ADS中的“DC_FET_T”的模板可以很方便地仿真出其輸出特性曲線。再參考ATF-58143的datash eet,可以確定當(dāng)Vds=3 V,Ids=35 mA時,各項設(shè)計指標(biāo)滿足要求。
    確定靜態(tài)工作點后,就要確定偏置電路的形式和參數(shù)。不需人工計算,借助ADS中的設(shè)計向?qū)Чぞ?DesignGuide→Amplifier→Tools→ Transistor Bias Utility)可以輕易完成。因為ADS所提供的元件數(shù)值是非標(biāo)稱的,所以需要設(shè)計者用與ADS提供的數(shù)值接近的標(biāo)稱元件進(jìn)行替代。偏置電路及各點靜態(tài)參數(shù)如圖2所示。


2.3 穩(wěn)定性分析及改善
    晶體管絕對穩(wěn)定的條件是K>1,|△|<1。其中:
   
    如果這兩個條件不能同時得到滿足,電路將存在潛在的不穩(wěn)定和振蕩的可能。對上述偏置條件下的晶體管進(jìn)行穩(wěn)定性仿真分析發(fā)現(xiàn),在要求的工作頻段內(nèi)其穩(wěn)定系數(shù)K<1,不滿足絕對穩(wěn)定的條件。
    通過引入負(fù)反饋的方式可以改善電路的穩(wěn)定性,同時也能夠拓展工作帶寬。在輸出端和輸入端之間串聯(lián)RC電路引入負(fù)反饋,其中的R需要滿足條件:
   
    同時在兩個源極加上小的電感引入負(fù)反饋進(jìn)一步改善穩(wěn)定性,該電感的值需反復(fù)調(diào)節(jié)后方能確定。
    對引入負(fù)反饋后的電路再次仿真,其工作頻帶內(nèi)穩(wěn)定系數(shù)K>1,滿足絕對穩(wěn)定條件。
2.4 最小噪聲系數(shù)的輸入匹配電路設(shè)計,最大增益的輸出匹配電路設(shè)計
    如果輸入匹配電路和輸出匹配電路使射頻器件的輸入阻抗Zin和輸出阻抗Zout都轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)阻抗Zo,即Zin=Zo,Zout=Zo(或,如圖1所示)就可使器件的傳輸增益最高。但輸入、輸出匹配時,噪聲并非最佳。當(dāng)ΓS=Γopt時,可以得最小的噪聲系數(shù)。


    利用ADS可以很方便地繪制出等功率增益圓和等噪聲系數(shù)圓,如圖3所示。從圖中可以看出,如果從m2點匹配到標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)阻抗,將可以使電路獲得最大的增益;如果從m3點匹配到標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)阻抗,將可獲得最小的噪聲系數(shù)。顯然最大增益和最小噪聲系數(shù)不可同時得到。對于低噪聲放大器,首要的是考慮最小噪聲系數(shù),因此對m3點進(jìn)行匹配。借用ADS的自帶工具“Smith Chart Utility Tool”進(jìn)行,只要在其中設(shè)置好頻率、源阻抗和目標(biāo)阻抗值,就可以設(shè)計出所需要的輸入匹配電路。
    在輸入端匹配完成以后,在原理圖中加入阻抗測量控件測出輸出阻抗,再次使用“Smith Chart Utility Tool”將輸出阻抗匹配到標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)阻抗,就可得到最大增益的輸出匹配電路。
    當(dāng)輸出端的匹配完成后,因為改變了從輸入端向里看的等效阻抗Zin,輸入端的回波損耗會變差。為此,可以采用優(yōu)化控件對輸入端和輸出端的匹配電路進(jìn)行同時的優(yōu)化改進(jìn),也可以使用Tunig工具進(jìn)行調(diào)節(jié)。
2.5 最終電路及仿真結(jié)果分析
    匹配及優(yōu)化后的電路如圖4所示,電路中各元件的作用分別是:C6、L6是輸入匹配電路;C7、L7是輸出匹配電路;L1、L5、C3、R5是反饋元件;L3、L4是扼流電感;C4、C5是隔直耦合電容;C1、C2是旁路電容。


    需要說明的是,反饋電感L1、L5和匹配電路中的元件C6、L6、C7、L7等因為數(shù)值較小,在工程中常用微帶線來代替。


    仿真結(jié)果如圖5所示。其工作帶寬達(dá)500 MHz,中心頻率處增益接近20 dB,輸入輸出反射損耗小于-10 dB,噪聲系數(shù)小于0.5 dB,穩(wěn)定系數(shù)大于1。如果斷開反饋電路后再次仿真,會發(fā)現(xiàn)增益有所加大,但穩(wěn)定系數(shù)將小于1,放大電路將不能正常工作。

3 結(jié)論
    通過射頻低噪聲放大器的設(shè)計與仿真,可以看到使用ADS輔助設(shè)計電路,理論計算簡單,設(shè)計過程快速,參數(shù)修改容易,驗證方便,縮短了設(shè)計周期,提高了設(shè)計精度,在工程中具有實用價值。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點,本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請及時聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫毥谦F公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關(guān)鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運行,同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險,如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機 衛(wèi)星通信

要點: 有效應(yīng)對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競爭力 堅持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強核心競爭優(yōu)勢...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運營商 數(shù)字經(jīng)濟

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術(shù)學(xué)會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉