低噪聲放大器設(shè)計(jì)與仿真.doc

實(shí)驗(yàn)3 低噪聲放大器設(shè)計(jì)與仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 了解微波低噪聲放大器的技術(shù)指標(biāo)和設(shè)計(jì)方法；2. 掌握使用ads軟件進(jìn)行微波有源電路的設(shè)計(jì)、仿真與優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：3.1 低噪聲放大器的基礎(chǔ)知識(shí)3.2 晶體管直流工作點(diǎn)掃描3.3 晶體管s參數(shù)掃描3.4 sp模型的仿真設(shè)計(jì)3.1 低噪聲放大器的基礎(chǔ)知識(shí)1. 低噪聲放大器的作用l 放大微弱信號(hào)l 降低噪聲干擾 在接收機(jī)或各種特定的無線通信系統(tǒng)中，能有效提高靈敏度的關(guān)鍵因素就是降低接收機(jī)的噪聲系數(shù)，而決定接收機(jī)的噪聲系數(shù)的關(guān)鍵部件就是處于接收機(jī)最前端的低噪聲放大器。因此，低噪聲放大器的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)接收機(jī)來說是至關(guān)重要的。2. 低噪聲放大器的主要技術(shù)指標(biāo)l 噪聲系數(shù)l 放大器增益l 增益平坦度l 穩(wěn)定系數(shù)l 輸入輸出駐波比l 通頻帶、中心頻率l 輸出功率l 提高低噪聲放大器的增益對(duì)降低接收機(jī)的噪聲系數(shù)是非常有利的，但是低噪聲放大器的增益過高會(huì)影響到整個(gè)接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍。因此，一般來說，低噪聲放大器的增益應(yīng)與系統(tǒng)的整機(jī)噪聲系數(shù)、接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍等結(jié)合起來考慮。3. 低噪聲放大器的設(shè)計(jì)方法 選擇合適的晶體管，下載并安裝晶體管的庫文件。 進(jìn)行直流分析，確定直流工作點(diǎn)。 偏置電路設(shè)計(jì)。 穩(wěn)定性分析。 噪聲系數(shù)圓和輸入匹配設(shè)計(jì)。 最大增益的輸出匹配設(shè)計(jì)。 匹配網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)。 版圖的設(shè)計(jì)。 原理圖和版圖的聯(lián)合仿真。4. 軟件仿真注意事項(xiàng) 仿真時(shí)模型的選擇1晶體管 sp模型：屬于小信號(hào)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。sp模型只能得到初步的結(jié)果，對(duì)于某些應(yīng)用來說已經(jīng)足夠，不能用來做大信號(hào)的仿真，或者直流饋電電路的設(shè)計(jì)，不能直接生成版圖。 大信號(hào)模型：可以用來仿真大、小信號(hào)，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。帶有封裝的大信號(hào)模型可以用來生成版圖。 仿真時(shí)模型的選擇2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 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。替換時(shí)選擇與優(yōu)化結(jié)果相近的數(shù)值，替換后要重新仿真一次，檢驗(yàn)電路性能是否因此出現(xiàn)惡化。5. 低噪聲放大器的設(shè)計(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)指標(biāo)： 頻率：1.82.2 ghz； 噪聲系數(shù)： 10 db； 增益平坦度： 0.5 db / 5mhz (帶內(nèi)) ； 輸入駐波比： 2.0； 輸出駐波比： 2.5；此處選擇agilent公司的at41511，也可選擇其他公司的管子。3.2 晶體管直流工作點(diǎn)的掃描p 建立工程p 晶體管直流工作點(diǎn)掃描目的：進(jìn)行直流工作點(diǎn)掃描和分析；檢查電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。p 偏置電路的設(shè)計(jì)p 穩(wěn)定性分析 點(diǎn)擊【ok】按鈕確認(rèn)，新的原理圖窗口會(huì)被打開。窗口中有系統(tǒng)預(yù)先設(shè)計(jì)好的組件和控件。直流工作點(diǎn)掃描注意事項(xiàng) 所得到的偏置電路圖如下圖所示。實(shí)際電路中需將電阻用相近的常規(guī)標(biāo)稱值電阻代替。3.3 晶體管的s參數(shù)掃描選定晶體管的直流工作點(diǎn)后，就可以進(jìn)行晶體管的s參數(shù)掃描和穩(wěn)定性分析。本節(jié)選用s參數(shù)模型：sp_hp_at-41511_2_19950125，該模型對(duì)應(yīng)的工作點(diǎn)為vce=2.7v、ic=5ma。p 晶體管s參數(shù)的掃描 3.4 sp模型的仿真設(shè)計(jì) 很多時(shí)候，在對(duì)封裝模型進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)前，通過預(yù)先對(duì)sp模型進(jìn)行仿真，可以獲得電路的大概指標(biāo)。sp模型的設(shè)計(jì)通常被作為電路設(shè)計(jì)的初級(jí)階段。 本節(jié)首先設(shè)計(jì)sp_hp_at-41511_2_19950125 在2ghz處的輸入、輸出匹配。 p 輸入匹配設(shè)計(jì)p 輸出匹配設(shè)計(jì) 對(duì)電路進(jìn)行仿真，并查看結(jié)果。從圖中可以看出，對(duì)于輸入端口來說，反射系數(shù)已經(jīng)很小了，并且輸入阻抗也接近負(fù)載阻抗50；但對(duì)于輸出端口來說，反射系數(shù)仍然不是很小，且輸出阻抗與負(fù)載阻抗還有一定的差距。 請(qǐng)自行查看s21和s12、zin、nfmin、nf(2)的仿真結(jié)果。 設(shè)置tl1和tl3的優(yōu)化范圍。雙擊tl1，選中l(wèi)項(xiàng)，然后單擊進(jìn)入如下窗口。把optimization項(xiàng)設(shè)置好后如圖所示，就把優(yōu)化范圍設(shè)置為2.0mm到40mm。tl3的設(shè)置方法和參數(shù)同上。也可將長度均設(shè)置為變量，再設(shè)置優(yōu)化范圍。 進(jìn)行優(yōu)化，并觀察仿真結(jié)果。 反復(fù)調(diào)