利用ADS设计低噪声放大器
来源： 作者： 发布时间：2014-12-01 14:20:14 浏览量：ADS仿真
基本原理
为了使晶体管工作在放大区,需确定静态直流工作点。由2SC5507 插件电感的Datasheet可以得到:VDS = 2 V, ID = 5 mA。基本仿真原理图的各个元件放置如图1所示。
K1 : K = stab_fact ( S) , stab_fact ( S)函数返回电感计算Rolette稳定因子。K > 1时电路尽对稳定,此时稳定量B1 > 1。
M1 :Mu = Mu ( S ) ,Mu ( S )函数返回负载的几何导出因子。Mu >大电流电感 1时电路尽对稳定。B1 : B1 =stab_meas ( S) , stab _meas ( S) 函数返回稳定量。由仿真结果可见2. 0 GHz以上频率的Mu 没有满足都大于1,在未增加输出稳定性电路前,晶体管输出是不稳定的,因此需要对其进行稳定性设计,增加输出稳定性电路。
增加输出稳定性电路
在原图的基础上并联一个RC串联电路,也可以添加LC或RL电路,具体可以和输出匹配电路同时考虑来设计。这里R1 = 50 Ω, C1 = 2. 0pF。电路图如图2所示。
增加输出稳定性电路后仿真结果为,当晶体管频率在2 GHz～3 GHz之间Mu > 1,由此可知系统是尽对稳定的。
最佳噪声匹配
对于LNA,假如输进口有一定的失配,反而可以调整器件内部各种噪声之间的相位关系,从而降低噪声系数。为了获得最小的噪声系数, ГS有个最佳值Гopt ,此时LNA达到最小噪声系数,即达到最佳噪声匹配状态。其中Гopt是最佳信源反射系数(微波晶体管等效噪声参数) 。当匹配状态偏离最佳时,LNA的噪声系数将增大。Гopt可以从器件的Datasheet文件中获得。SOPT为最小噪声的最优匹配系数。利用这个最优系数可以进行输进匹配电路的设计。噪声系数仿真电路如图3所示。
由匹配结果得SOPT = 0. 32 /29. 4 (幅度和角度) 。
根据噪声最小设计输进匹配电路
输进匹配电路设计如图4所示。
输进反射系数S [1, 1 ]设置为SOPT的共轭,用来进行50Ω匹配。最佳输进匹配系数由前面得到C1 = 1. 73 pF, L1 = 5. 79 nH。匹配结果如图5所示。由图5可得: S (1, 1) = 0. 097E - 4 /4. 374。
至此,按照噪声系数最小原则设计的输进阻抗匹配完成了。
根据功率增益最大设计输出匹配电路
根据最大功率增益原则设计输出匹配电路,就是将输出端进行50Ω 匹配。考虑到输出稳定性电路的存在对输出阻抗的影响,输出匹配电路的形式有点不同。与输进阻抗匹配方法一样设计输出匹配电路。电路图如图6所示。
优化得L2 = 3. 651 nH, L4 = 4. 028 nH。匹配结果如图7所示。由图可得: S (1, 1) =2. 412E - 4 / - 38塑封电感器. 789。
至此,输进输出匹配电路完成。仿真结果如图8、图9所示。由此可得增益:16. 917 dB;噪声系数: 1. 649 dB。
结论
由最后的仿真结果看到增益: 16. 917 dB;噪声系数: 1. 649。其结果均符合设计初的性能指标,但工作频段较小,这也正常。这是由于在宽频带情况下难于获得极低噪音,所以低噪声放大器的工作频带一般不大宽,较多为2 GHz左右。
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