【文章內(nèi)容簡介】 仿真，分析仿真曲線并得出結(jié)論。(6)優(yōu)化功放電路結(jié)構(gòu)和電路參數(shù)。 為了明確設(shè)計目的，在此列出了一些設(shè)計需要達到的參數(shù)： 頻率 : 945MHz 輸出功率： 45W 輸入功率： 1W 效率 ： 40% 電源電壓： 28V根據(jù)上述設(shè)計要求，本設(shè)計選定飛思卡爾公司的LDMOS(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor)功率管MRF9045N。功率管MRF9045N的模型庫可以再飛思卡爾公司的官方網(wǎng)站上下載。 直流掃描 首先安裝DesignKit，然后新建工程“PowerAmplifier_prj”，調(diào)用ADS內(nèi)部所帶的直流掃描模板對MRF9045N進行直流掃描 插入掃描模板(1)執(zhí)行菜單命令【Insert】，選擇【Template】彈出“Insert Template”對話框，如圖41所示。(2)選擇“FET_curve_tracer”模板，單擊【OK】。(3)單擊鼠標左鍵將添加的FET直流掃描模板放入原理圖中。模板如圖62所示。 圖41 選擇直流掃描模板42 添加FET直流掃描模板后的原理圖 放入飛思卡爾元件模型(1)選擇元件面板列表中的“Freescale RF High Power Model Library”選項，將面板中的元件以及飛思卡爾的控件放入原理圖中，并用導線連接起來。(2)雙擊放入的元件模型調(diào)出屬性對話框，在“Parameter Entry Mode”的下拉列表中，找到MRF9045N并點擊【OK】選中。 掃描參數(shù)的設(shè)置 (1)雙擊參數(shù)掃描控件“RARAMETER SWEEP”，修改參數(shù)如圖43所示。 (2)雙擊控件“DC”，彈出“DC Operating Point Simulation”對話框，修改參數(shù)，如圖44所示。 (3)直流掃描電路模型設(shè)置完成，完成后的原理圖如46所示。 (4)保存為“dc_sweep”。圖43 VGS掃描參數(shù)設(shè)置圖44 VDS掃描參數(shù)設(shè)置 圖45 設(shè)置好的電路原理圖 仿真并顯示數(shù)據(jù)(1) 按【F7】鍵開始仿真.(2) 仿真完成后，會自動彈出數(shù)據(jù)顯示窗口，其中就有直流掃描的IV數(shù)據(jù)表。執(zhí)行菜單命令【Marker】選擇【New】，把一個三角標志放在圖上，可以控制它的位置，如圖46所示。圖46 IV 曲線圖表(3)因為是AB類功放，所以選取VGS =，靜態(tài)工作電流IDS =717mA作為工作點。(4)存儲數(shù)據(jù)窗口，默認名稱為“dc_sweep”,擴展名為“.dds”，該文件會存儲在項目文件夾的目錄中，而數(shù)據(jù)文件。 偏置及穩(wěn)定性分析 原理圖的建立 (1)單擊【File】選擇【New Design】，新建原理圖文件，命名為“BiasStability”.圖47所示 (2)插入S參數(shù)掃描模板。執(zhí)行菜單【Insert】選擇【Template】，點擊“S_Params”，如圖48所示。 圖47 創(chuàng)建新的原理圖圖48 選擇S參數(shù)掃描模板 (3)調(diào)出MRF9045N以及飛思卡爾識別空間，從“LumperComponents”元件面板中調(diào)出扼流電感DC_Feed和隔直電容DC_Block，從“SourcesFreq Domain”元件模板中調(diào)出直流電壓源V_DC，加入S參數(shù)掃描控制器和Term端口，用導線連接好。從“SimulationS_Param”元件面板中跳出測量穩(wěn)定引資的控件“Stabfct”。雙擊S參數(shù)掃描控件，完成掃描參數(shù)設(shè)置，起始頻率為1MHz，終止頻率為3GHz,步長為1MHz，設(shè)置完后的原理圖如49所示。圖49 穩(wěn)定性掃描原理圖 穩(wěn)定性分析 仿真完成后在數(shù)據(jù)顯示窗口中點鼠標右鍵，選擇插入一個坐標圖，然后彈出“Plot Tracesamp。 Attributes”對話框，選擇要顯示的StabFact1，點擊【Add】然后點【OK】。此時會出現(xiàn)顯示不同頻率下穩(wěn)定因子的坐標圖，如圖410。 圖410 仿真結(jié)果 從圖中可以看出，在945MHz時，穩(wěn)定因子K1，功率管在整個帶內(nèi)部穩(wěn)定。因此，必須添加穩(wěn)定性措施。 穩(wěn)定措施 (1)單擊工具欄中的，彈出“Component Library/Schematic”對話框，選擇“RF Passive SMT Library”的“SMT Resistor”，然后選擇“sr_avx_CR_10_K_19960802”電阻，將其添加到原理圖上，如圖411所示，再選擇“Capacitor”將電容“sc_mrt_MC_GRM40C0G050_J_19960828”電容添加到原理圖中。 圖411 選擇電阻電容 (2)連接電路如圖412，雙擊電阻電容，在彈出的參數(shù)設(shè)置對話框中，將電阻值該為15 Ohm，將電容改為33pF。 (3)重新仿真，結(jié)果如圖413所示，可以看出，K1，說明功率管在需要工作的點已經(jīng)穩(wěn)定圖412 添加穩(wěn)定措施后的原理圖 圖413 改善穩(wěn)定性后的曲 加入偏置電路加入偏置電路后的原理圖如圖414圖414 加了偏置后的原理圖仿真后可以看到低端穩(wěn)定性已經(jīng)大為改善，功率管在高端也很穩(wěn)定。 負載牽引設(shè)計 LoadPull 插入LoadPull模板 (1)在原理圖窗口執(zhí)行菜單命令【DesignGuide】中的【Amplifier】，彈出“Amplifer”對話框，如圖415所示。選擇“LoadPullPAE,Output Power Contours”模板。 (2)在新建的HB1Tone_LoadPull原理圖中刪除原有的砷化鎵FET模型，替換為加入偏置后的MRF9045N的電路，并按圖416所示進行修改圖415 LoadPull 模板選擇圖416 修改后的原理圖 確定LoadPull的范圍 (1)對416的圖進行仿真，彈出數(shù)據(jù)顯示窗口，如圖417圖417 仿真結(jié)果 從圖中可以看到，所需要的最大功率點和最佳效率點都不在計算范圍內(nèi)。因為功率圓和效率圓心均未顯示出來，所以要改變計算的范圍。 (2)回到原理里圖中，改變VA計算范圍的設(shè)置，如圖418所示 (3)確定半徑和圓心。執(zhí)行菜單命令【DesignGuide】中的【Loadpull】，然后選擇Reflection Coefficient Utility，此時會彈出一個新的數(shù)據(jù)顯示窗口，如圖419所示圖418 LoadPull 圓公式 圖419 確定LoadPull圓 依照最開始的仿真圖，確定一個大概的圓心與半徑的范圍，經(jīng)過調(diào)整使功率圓和效率圓的圓心均能顯示，最后選擇s11_center=+j*，s11_rho=。為了使計算更精確，設(shè)置點數(shù)pts=500。 確定輸出的負載阻抗 (1)LoadPull掃描參數(shù)確定后，再重新仿真，結(jié)果如圖420所示。 (2)用鼠標左鍵雙擊功率圓（藍色）和效率圓（紅色）可以改變線條粗細，將m1和m2移到圓心，即分別為最高效率和最大功率處，再分別雙擊mm2的標簽，彈出“Edit Marker Properties”對話框，將Z。改為50。 圖 仿真結(jié)果420(3)從仿真結(jié)果來看，%，而兩個圓心不在一塊，綜合所得到的結(jié)果，為了使效率與功率都接近最佳，我們選擇impedance=+j*。 運用Smith圓圖進行匹配 匹配電路的建立 (1)新建原理圖并命名為“OutputMatch”，然后再元件面板列表中選擇“Smith Chart Matching”，從元件面板中調(diào)出匹控件，建立電路，如圖421所示。因為要求對輸出阻抗共軛匹配，*。圖421 OutputMatch 原理圖 (2)執(zhí)行菜單命令【Tools】中的【Smith Chart】,彈出“SmartComponent Sync”對話框，選擇“Update Smith Chart Utility from SmartComponent”選項。 (3)點擊OK進入史密斯圓圖的匹配界面。，*，Zs為50Ω。 (4)鎖定阻抗后，將在史密斯圓圖上出現(xiàn)一個圓圈代表阻抗所在的位置，然后點擊左邊Palette欄中的微帶線以及電容標志，可以在圓圖中繪制曲線，一直到達到匹配點位置為止。如圖422所示。右上的圖顯示的是S11曲線，可以看出匹配良好，右下角的顯示的是匹配電路。 圖422 使用史密斯圓圖進行阻抗匹配(5)單擊“Build ADS Circuit”，將電路生成至SmithChat元件。 (6)回到原理圖，選擇SmithChat元件，然后單擊圖標可以查看具體的匹配電路，如圖423所示圖423 生成的輸出匹配電路 (7)*，所以，為了更好的匹配及方便焊接，該功率管的輸入輸出微帶應(yīng)該比電極大。為節(jié)約尺寸，采用分立件和微帶混合的方式匹配。從成本考慮，介質(zhì)基片采用Er=。 微帶線的電角度與電阻值，長度與寬度，這兩組數(shù)據(jù)知道任意一組都可以計算出另一組數(shù)據(jù)。執(zhí)行菜單命令【Tools】，選擇【LineCalc】，就可以再此計算微帶。如圖424所示圖424 MRF9045的微帶的計算 (8)添加S參數(shù)仿真控件，與MSub控件，對原理圖進行仿真，觀察S(2,1)的參數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)匹配已經(jīng)良好。圖423圖423 完成匹配的原理圖 用實際元件替換輸出匹配電路 (1)將原理圖中的微帶線用實際微帶線替代，電容用庫里所帶的電容進行替換，然后再次進行仿真。結(jié)果如圖424圖424 添加實際元件后的仿真結(jié)果 從圖中可以看出，放入實際元件后，參數(shù)有所惡化，但是很小，可以認為輸出阻抗的匹配工作已經(jīng)完成。 SourcePull (1)在原理圖窗口中，執(zhí)行菜單命令【DesignGuide】中的【Amplifier】，彈出“Amplifier”對話框，選擇“SourcePullPAE,Output Power C