射频功率放大器的设计流程

1、射频功率放大器的设计流程ft$廖(甘忻(2单向优林黠1*12.1D放大潛设计滝建2.1.1晶休管逸唱&LDMOS晶体诗晶体管是放大器的栈心罟件它的性能根大程度上影响整个放大昜的性能.所以放大器设计第一卅”就足婪根据所设计放大器的卷数耍求、用途丿女尺寸零筒求采选择杵适晶休背。不同的品休管厅具齐门的优銀乩所以品怵洋的合珅选熨是议计液大器的星础晶体管的星本分类赤第偉已经介绍.这里不再毘述.此处只详细介绍后文中将要用到的LDMOS晶体管.LDMOS又称横向或侧而扩散金属氧化物半导体，属于第一代硅基半导体，与20世纪90年代初.由摩托罗拉半导体部（如今的E思E尔半导体）研制的1內。11LDH0S

2、体管内构及飞鼻卡尔公司的LWWS月体育LDMOS晶体管与传统的BJT管相比，它的使用频率更高，击穿电压更大，具有更高的功率容虽，同时其导通电阻小，开关特性良好，而且增益比BJT高69dB.由F其具有自动均流的特性,不像BJT那样容易在集电极形成电流局部的热点,所以在使用中不易损坏。同时由此特性，其饱和区部分比BJT缓和，因此具线性度更好,动态范围更宽.在封装上，LDMOS芯片直接封装在村底上中间不使用任何隔离层，源极与接地Z间有良好的接触，所以其导热性能更好，器件使用寿命也更长.当然，LDMOS也仔一定的缺点，比如，其功率密度不高，当功率容虽:相近时,LDMOS晶体管的体枳比BJT管的休枳大。

3、同时，LDMOS晶体管更容易受到静电的损害。总的來说，LDMOS晶体管相比FBJT具仔髙增益、髙线性度、髙功率容虽和髙可靠性等特点，同时，相比第三代半导体制成的晶体管，其价格也伺一定优势.具有更高的性价比.因此，它一出现，便逐渐JU代BJT,广泛应用到各类射频无线通伯系统当中.直流偏置选择好了合适的晶体管，笫二步就需要对晶体管进行静态工作点的分析设计.对晶体管静态工作点的分析就是要利用晶体管在直流工作状态下的输出特性曲线来设迓合适的静态工作点，不同的工作状态或不同类型的放大器对静态点的选择各不相同，并且晟终通过不同的直流偏宜电路来实现。好的偏St电路都需要具备以下儿个条件：（I）选择合适的静态

4、工作点.<2）静态点稳定.不随晶体管的参数或者环境温度变化而变化。<3）在带外的低频端电路的设计要便晶体管稳定工作，不能起振。<4）偏宜电路不能彫响放大器的增益或引入噪声。<5）偏jg电路与射频电路Z间耍仃良好的隔离，尽量减小两者的相互彫响。VDS图2.12某m体管直扫描曲找前四点在低频模拟电路31中已仔介绍.这里对第五点作简耍说明.由于射频电路的工作频率（2经达到相当虽级，瓦具仃与低频电路所不同的一些特点，所以就要保证直流通路与射频通路的止确连接，要确保忙源端向负载传输的射频伫号不会泄露，同时又要消除直流创号对射频伫号幅值的形响。为了达到射频通路与直流通路的隔离，通常

5、便用以卜方法：（1）在直流源与射频电路之间连接一个电感，即通常所说的射频扼流圈（RFC）.使用铁氧体小环便可实现一个简单的射频扼济圈。<2）在直流源与射频电路之间连接一个四分之一波长阻抗变换器.其变换段的特性阻抗Zo应很高（即Zo»I），使其对射频怕号产生一个很高的阻抗以防止射频伯号泄漏到直流通路。（3）将一个大电容作为负载接在四分Z波长变换器的终端，便可能泄漏到直流电路中的射频估号短路而对直流付号來看，该电容可以便其开路，阻止直流信号进入射频通路"I通常在放大器的设计当中会综合利用以上三种方案，既可以保证直流电路与射频电路的良好隔离，乂可以保证放大器的止常工作.匹配

6、电路设计与稳定性分析由流程图看出.虽然器件的S参谊、稳定性分析和偏置电路设计在匹配电路设计Z前，但是实际应用中通常将它们一块进行设计.因为它们相互影响。通过s参鼠的分析指导匹配电路设计.同时匹配电路与偏宜电路部分器件可以等效、合并，从而简化电路，所以将它们一并进行设计足比较合理的。半然，设计好Z后的电路稳定性同样分重要.在仃当中已经详细介绍了稳定性的判别方法.匹配电路的设计分为以下步骤：（1）分析得到器件偏辻条件下的S参数。（2）满足绝对稳定判据则进入步骤（3）,不满足则在Smith圆图中画出输入输出稳定判别圆.（3）确定输入输出反射系数in和厂OUT。（4）设计输入输出匹配电路。笫（1）、（

7、2）步骤在节己有介绍，这里不再复述.完成以上步骤后就要确定输入和输出的反肘系数。参照图2.10,不同类型的放大器对输入输出阻抗的耍求孑不相同，常用的仃最大埔益、用小噪声设计及晟大输出功率设计.<1）晟大增益设计：匹配网络的输入输出端分别与晶休管的输入输出端都共純匹配，即r；v=rv,rT=rf共純匹配状态下，晶体管既能从怙源处获紂晟大功率，又能输出最大功率给负载。<2）最小噪声设计:对于低噪声放大25（LowNoiseAmplifier.LNA）的设计,通常要首先考虑噪声影响，而增益最大时并非噪声最佳所以碍要在增益和噪声Z何作一个权衡和综合的考虑。晟小噪声设计优先考虑噪声的响.在输

8、入级通过甘等噪声圆分析，得出噪声晟小时的反射系数卩”八将此反射系数作为晶体管的输入反射系数与匹配网络输入端匹配，此时输入端噪声系数最佳.输出琳做晟大增益匹配，令巧切=£使得增益最大，如图2.13所示，截而1处晟小噪声匹配，截而2处共馳匹配。巧,”匹配到rrr.1r9F7L/.Vr1rLOITILL11<四配网络<-1u1晶体符1u四配网络<负我11图2.13加小噪声设计（3）最大输出功率设计：功率放大器的U的是以获得最大输出功率为上，但由于其在大苗号状态下工作，电流幅度大，工作区域会进入饱和区，是一种不完全线性的工作状态.在这种情况下，如果输入输出端共轨匹配，随着晶

9、体管进入非线性区，输入输出端就逐渐失配，此时功率放大器就无法得到晟大的输出功率所以耍达到战大输出功率，就要恨据晶休管输入输出阻抗的变化，不断调节输入输出端阻抗.找到让晶休管输出功率辰大的输入输出匹配阻抗即晶体管输入输出端都找到最佳的反射系敌rorr.和rOPT2巧”匹配到匚巧”匹配到匚r*4R卩”匹配到匚r；匚源匹配网烙Q1U1JIU1匹Z网络负栽11图2.11誠大輸出功率设计功率放大器的设计一般都便用最大输岀功率匹配设计.本文也不例外.为了找到国佳的输入输出阻抗，就必须实时变化负载及源阻抗.并对输入输出功率做实时的测氐完成此项工作的晟常用方法的是负载牵引(LoadPull)及源牵引(SourcePull)的方法.负载牵引与源牵引是用來决定最佳输入输出阻抗值最帝确的方法，用途分广泛，后文中将对此方法做详细的介绍。当很据设计LI标得到合适的匹配U标阻抗