基于ads的低噪聲放大器設(shè)計(jì)與仿真論文-在線瀏覽
2024-10-31 19:57本頁面
【正文】 接收機(jī)來說是至關(guān)重要的 。一般用作各類無線電接收機(jī)的高頻或中頻前置放大器，以及高靈敏度電子探測設(shè)備的放大電路。 低噪聲放大器的應(yīng)用 噪聲放大器 (LNA)主要面向 移動通信 基礎(chǔ)設(shè)施基站應(yīng)用，例如收發(fā)器 無線通信 卡、塔頂放大器(TMA)、組合器、中繼器以及遠(yuǎn)端 /數(shù)字無線寬帶頭端設(shè)備等應(yīng)用設(shè)計(jì)，并為低噪聲指數(shù) (NF, Noise Figure)立下了新 標(biāo)桿 。 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)意義： 低噪聲放大器能放大微弱信號，降低噪聲干擾。因此，低噪聲放大器的設(shè)計(jì)對整個接收機(jī)來說是至關(guān)重要的。 二、指標(biāo)：主要指標(biāo)包括：噪聲系數(shù)，放大增益，輸入輸出駐波比，反射系數(shù)和動態(tài)范圍等。 （ 2） 仿真時(shí)模型的選擇： （一） 晶體管： SP 模型：屬于小信號線性模型，模型中已經(jīng)帶有了確定的直流工作點(diǎn)，和在一定范圍內(nèi)的 S 參數(shù)，仿真時(shí)要注意適用范圍。 大信號模型：可以用來仿真大、小信號，需要自行選擇直流工作點(diǎn)，仿真時(shí)要加入饋電電路和電源。 （二）集總參數(shù)元件：電容、電阻、電感 在進(jìn)行電路優(yōu)化時(shí)，可直接選用參數(shù)連續(xù)變化的模型。 （ 4）電路中需要注意的問題： 一般對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 于電阻會產(chǎn)生附加的熱噪聲，放大器的輸入端盡量避免直接連接到偏置電阻上。 （ 6） 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)最后，需要把這些優(yōu)化過的元件替換為器件庫中系列中的元件才是可以制作電路、生成版圖的。 下面開始在仿真軟件中設(shè)計(jì) 一個基于 BJT的低噪聲放大器。并且在Project Technology Files 欄中選擇 “ADS Standard ： Length unil— millimeter” 。 注：原理圖設(shè)計(jì)窗口打開之前，會彈出如圖 31 窗口。 圖 31 晶體管工作點(diǎn)掃描 （ 1） File ?New Design? 在工程中新建一個原理圖。并在Schematic Design Temples 欄中選擇 “BJT_curve_tracer”, 這是一個專門用來掃描BJT 工作點(diǎn)的模板。 圖 32 （ 3）單擊 OK，此時(shí)新的原理圖窗口被打開，窗口中已經(jīng)出現(xiàn)一個專門用于對 BJT進(jìn)行直流工作點(diǎn)掃描的模板，會有系統(tǒng)預(yù)先設(shè)好的組件和控件 ，如圖 33。 圖 33 （ 4）單擊工具欄中的 Display Component Library List,打開 元件庫 ，圖 34。 (6)回車查找結(jié)束后可以看到這種晶體管的不同模型 :以 sp為開頭的是 S參數(shù)模型 ,這種模型不能用來做直流工作點(diǎn)掃描。 （ 7）將 BJT 元件與原來原理圖窗口中的 BJT_curve_tracer 模板原理圖按照下圖35 的方式連接起來。 圖 35 綜合實(shí)踐 (論文 ) 5 （ 8）這樣對晶體管進(jìn)行直流工作點(diǎn)掃描的電路就完成了，單擊工具欄中的Simulate 執(zhí)行仿真，并等待仿真結(jié)束。 圖 36 （ 9）仿真結(jié)束后，系統(tǒng)彈出數(shù)據(jù)顯示窗口， 如圖 37。 圖 37 晶體管的 S 參數(shù)掃描 選定晶體管的直流工作點(diǎn)后，下面就可以進(jìn)行晶體管的 S 參數(shù)掃描了，我們選用的S參數(shù)模型 sp_hp_AT41511_2_19950125,這一模型對應(yīng)的工作點(diǎn)為 Vce=， Ic=5mA。并在Schematic Design Temples 欄中選擇 “S Params” 。 綜合實(shí)踐 (論文 ) 6 圖 38 （ 3）同前操作一樣，加入 sp 模型的晶體管 sp_hp_AT41511_2_19950125,并按圖39 連接電路。 圖 39 （ 4）觀察 sp 模型晶體管的參數(shù)顯示，在此例中，標(biāo)定的頻率適用范圍為 ～，在仿真的時(shí)候要注意。因此，需要對 S參數(shù)仿真模板中的頻率掃描范圍進(jìn)行更改。（二）、 Stop=，表示掃描的終止頻率為 ，由 SP模型的終止頻率決定。完成設(shè)置的 S 參數(shù)仿真空間如圖 310 所示。 綜合實(shí)踐 (論文 ) 7 （ 7）仿真結(jié)束后，系統(tǒng)彈出數(shù)據(jù)顯示窗口，由于使用的是仿真模板，需要的仿真結(jié)果已經(jīng)出現(xiàn)在窗口中，途中的史密斯圓圖中就是 BJT 模型的 S11 參數(shù)和 S22 參數(shù)，它們分別表示了 BJT 的輸入端口反射系數(shù)和輸出端口反射系數(shù)。 圖 311 （ 9） 接著在數(shù)據(jù)顯示窗口中插入一個關(guān)于 S11 的數(shù)據(jù)列表，這樣就可以觀察在每個頻率處的 S11 參數(shù)的幅度和相位值了。 （ 11）仿真結(jié)束后，在數(shù)據(jù)顯示窗口中插入一個關(guān)于 nf（ 2）的矩形圖，如下圖 312。 圖 312 綜合實(shí)踐 (論文 ) 8 SP 模型的仿真設(shè)計(jì) 很多時(shí)候，在對封裝模型進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)前，通過預(yù)先對 SP 模型進(jìn)行仿真，可以獲得電路的大概指標(biāo)。下面將首先設(shè)計(jì) BJT 的 S 參數(shù)模型 sp_hp_AT41511_2_19950125 在 2GHz 處的輸入，輸出匹配。 （ 2）單擊 OK 后，新的原理圖生成，并在原理圖中插入仿真需要的電路元件和控件。 （ 4）在 SimulationS_Param 在元件面板中選擇兩個終端負(fù)載元件 Term1， Term2并插入到原理圖中。 圖 313 （ 6）按照上圖 313的方式，將上面的元件連接起來。 （ 8）在原理圖中插入一個 S 參數(shù)仿真控件，它的參數(shù)設(shè)置與前面晶體管的 S 參數(shù)掃描相同，這樣就完成了仿真原理圖搭建。 綜合實(shí)踐 (論文 ) 9 圖 314 SP 模型仿真 下面對剛剛搭建的原理圖進(jìn)行仿真，仿真的過程如下： （ 1）單擊工具欄中的 Simulate 按鈕進(jìn)行仿真，并等待仿真結(jié)束。 （ 3）單擊工具欄中的數(shù)據(jù)列表 Scroll data one page toward the end，將數(shù)據(jù)列表中的數(shù)據(jù)滾動到 freq= 處，可以觀察到此時(shí) SP 模型的輸入阻抗為，這種幅度 /相位的表示方式并不容易觀察和計(jì)算 ，圖 表 315。Attributes 窗口中雙擊 Zin1，系統(tǒng)彈出 Traces Options。 （ 6）這時(shí)可以觀察到。 圖 316 表 317 輸入匹配設(shè)計(jì) 本部分將為 SP 模型設(shè)計(jì)一個輸入的匹配網(wǎng)絡(luò)，匹配網(wǎng)絡(luò)是采用微帶線實(shí)現(xiàn)的。 （ 1）選擇 TLinesMicrostip 元件面板，并在其中選擇微帶線參數(shù)配置工具 MSUB并插入到原理圖中。 （ 3）選擇 Passive Circuit DGMicrostip Circuit 元件面板，面板中是各種類型的微帶匹配電路，選擇采用單分支線匹配電路 SSMtch,并插入到原理圖中。 圖 318 圖 319 （ 5）前面僅對 SSMtch 的頻率，阻抗參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，但并沒有根據(jù)這些參數(shù)調(diào)整它的尺寸參數(shù)，調(diào)整尺寸參數(shù)需要使用 ADS的設(shè)計(jì)向?qū)瓿伞? （ 7）選擇 Passive Curcuit DesignGuide 窗口中的 Design Assistant 選項(xiàng)卡，并單擊 Design 系統(tǒng)將自動完成設(shè)計(jì)過程。從圖 320 中 可以看到組成 SSMtch 電路的各段微帶線的參數(shù)。在實(shí)際電路中并不代表任何實(shí)際長度的電路，具體含義請參考幫助文檔。 圖 320 （ 10）電路連接完成后，單擊工具欄中的 Simulate 執(zhí)行仿真，并等待仿真結(jié)束 ，如圖 321。 綜合實(shí)踐 (論文 ) 12 圖 322 圖 3
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