基于ads的低噪聲放大器設(shè)計(jì)與仿真畢業(yè)論文(參考版)
2025-06-27 00:11本頁(yè)面
【正文】 。 結(jié)論分析由以上系列圖可知：輸出反射小于27dB,輸出反射參數(shù)接近13dB，穩(wěn)定性1,，增益達(dá)到17dB左右，基本滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。得到其匹配子電路如下：最大增益輸出匹配需要滿足：負(fù)載50歐姆在加入輸出匹配網(wǎng)絡(luò)后的等效負(fù)載需要為輸出端阻抗的共軛值。ADS提供了許多的匹配工具，這里采用DA SmithChartMatch進(jìn)行匹配。對(duì)于低噪聲放大器，首先考慮的是噪聲系數(shù)，所以這里優(yōu)先考慮噪聲系數(shù)。得到等增益圓和噪聲系數(shù)圓如下：由該圖可知，m4有最大增益時(shí)的輸入阻抗。在此時(shí)，整個(gè)電路在低頻端不穩(wěn)定， 并且低頻段的增益還是比較高，實(shí)際電路中可能會(huì)引起自激振蕩，解決此問題的辦法就是用較小的截止阻抗。另外，放大器的直流和交流通路之間要添加射頻扼流電路，它實(shí)際上是一個(gè)無(wú)源低通電路，使直流信號(hào)能夠傳輸?shù)骄w管引腳。后面會(huì)用相近的常規(guī)標(biāo)稱值電阻代替。增益約為16dB，因此就把該點(diǎn)作為晶體管的直流工作點(diǎn)。 四、設(shè)計(jì)目標(biāo)本實(shí)例采用的是高電子遷移率晶體管ATF54143芯片進(jìn)行低噪聲放大器設(shè)計(jì)。一般對(duì)于低噪聲放大器采用高Q值的電感完成偏置和匹配功能，由于電阻會(huì)產(chǎn)生附加的熱噪聲，放大器的輸入端應(yīng)盡量避免直接連接到偏置電阻上。S21越大，則放大以后的功率越強(qiáng)。S12越大，內(nèi)部反饋越強(qiáng)，反饋量達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，將會(huì)引起放大器穩(wěn)定性變壞，甚至產(chǎn)生自激振蕩。 電路中需要注意的一些問題在低噪聲放大器的設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮整個(gè)接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍，以免在接收機(jī)后級(jí)造成嚴(yán)重的非線性失真，一般應(yīng)選擇低噪聲放大器的輸入三階交調(diào)點(diǎn)IIP3較高一點(diǎn)，至少比最大輸入信號(hào)高30dB，以免大信號(hào)輸入時(shí)產(chǎn)生非線性失真。在data sheet中已經(jīng)標(biāo)出最小和最大的Vgs電壓。當(dāng)Vgs=0V，漏極只有少量的電流通過，只有當(dāng)Vgs≧Vto（柵極門電壓）時(shí)漏極才有電流通過。根據(jù)器件特性選擇最佳條件，這里選取ATF54143的典型直流工作點(diǎn)參數(shù)：Vds=3V，Ids=60mA；偏置的方式采用了電阻偏置，它有較好的溫度穩(wěn)定性。安捷倫公司的ATF54143是一種增強(qiáng)型偽高電子遷移率晶體管(EpHEMT)，不需要負(fù)柵極電壓，與耗盡型管相比較，可以簡(jiǎn)化排版而且減少零件數(shù)，在此設(shè)計(jì)中柵極和漏極采用同一電源提供工作電壓。輸出匹配網(wǎng)絡(luò)一般是為獲得最大功率和最低駐波比而設(shè)計(jì)，故在次設(shè)計(jì)中我們采用輸出共軛匹配網(wǎng)絡(luò)。因此，輸入端匹配的目的就是在保持較好的增益和IIP3的同時(shí)獲取更好的回波損耗和噪聲系數(shù)。其不僅僅被用于獲得低的噪聲系數(shù)，同時(shí)它還可以用于獲得更高的IIP3，更高的增益以及輸入回波損耗。為避免這種情況，在初始LNA的設(shè)計(jì)原型階段，盡量準(zhǔn)確地確定源端電感的量值，并且仿真中也要調(diào)節(jié)源端電感量的大小，找出最優(yōu)值優(yōu)化LNA性能。放大器的每一段源端蝕刻與相應(yīng)的地端相連的長(zhǎng)度大約有0．05英寸(是從源端邊緣與其最近的第一個(gè)地過孔邊緣間測(cè)得)，剩余并末使用的源端蝕刻可切斷除去。放大器PCB板的設(shè)計(jì)考慮到源端的電感量是變化的。在源極串聯(lián)電感后，可以增加晶體管雙端口網(wǎng)絡(luò)輸入阻抗的實(shí)部，而虛部基本保持不變，使其逐漸與最佳噪聲匹配的阻抗重合；另一方面，增加一個(gè)無(wú)源元件不會(huì)使晶體管的噪聲性能惡化其反饋量對(duì)于帶內(nèi)帶外的電路增益、平穩(wěn)性和輸入輸出回波損耗有著巨大的作用。 穩(wěn)定性計(jì)算穩(wěn)定判別公式： （ △=|S11*S22S12*S21| ） （31）查看Data sheet 計(jì)算出在f=，此時(shí)管子的S參數(shù)如下：S11=*S12=+j*S21=+j*S22=*K=，K1，可知該管子在該頻率附近不是絕對(duì)穩(wěn)定的，由于AFT54143在工作頻段內(nèi)不是絕對(duì)穩(wěn)定的，為了提高放大器的穩(wěn)定性，可以在輸出端并聯(lián)一個(gè)100Ω的電阻。但是與一般的雙極型晶體管不同,。查閱ATF54143的data sheet文件可知它的封裝模型：與典型的DpHEMT不同,ATF45143并不需要在門級(jí)上加負(fù)電壓偏置, 而是在門級(jí)加正電壓偏置。安捷倫公司的ATF54143是一種增強(qiáng)型偽高電子遷移率晶體管(EpHEMT)，不需要負(fù)柵極電壓，與耗盡型管相比較，可以簡(jiǎn)化排版而且減少零件數(shù)，該晶體管最顯著的特點(diǎn)是低噪聲，并具有高增益、高線性度等特性，他特別適用于工作頻率范圍在450 MHz～6 GHz之間的蜂窩／PCS／wCDMA基站、無(wú)線本地環(huán)路、固定無(wú)線接入和其他高性能應(yīng)用中的第一階和第二階前段低噪聲放大器電路中。 我們?cè)谶x取低噪聲放大器管通?？梢詮囊韵聨讉€(gè)方面進(jìn)行考慮： 1） 微波低噪聲管的噪聲系數(shù)足夠小工作頻段足夠高，晶體管的fT一般要比工作頻率高4倍以上，工作頻率高端可達(dá)到6GHz。三、低噪聲放大器的設(shè)計(jì) 放大器設(shè)計(jì)的主要流程選擇晶體管S參數(shù)，噪聲參數(shù)，功率輸出，價(jià)格計(jì)算K值K1計(jì)算Gmak1計(jì)算增益Gma在TS和TL平面內(nèi)畫出不穩(wěn)定區(qū)假設(shè)S12=0，在頻率f2設(shè)計(jì)M1,M2在穩(wěn)定區(qū)令增益Gma，在f2設(shè)計(jì)M1,M2畫出TS和TL多頻率的變化曲線，檢驗(yàn)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)直流偏置電路，在檢驗(yàn)穩(wěn)定性安排整個(gè)放大器電路核實(shí)可實(shí)現(xiàn)性安排光刻是否否否否是 低噪聲放大管的選擇低噪聲放大器(LNA)是射頻微波電路接收前端的主要部分，由于
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