八.低噪声放大器仿真设计.ppt

1、考试安排,周六上午班： 5月11日上午9：00-10：00 上课 5月11日上午10：00-11：30 考试 周六下午班： 5月11日下午2：00-3：00 上课 5月11日下午3：00-4：30 考试,第七讲：低噪声放大器的仿真设计,学习内容,低噪声放大器的基本知识 低噪声放大器的基本指标 低噪声放大器的设计方法 2.4GHz低噪声放大器的仿真设计,低噪声放大器的基本知识,低噪声放大器在通信系统中的作用 低噪声放大器（LNA）主要作用是放大天线从空中接收到微弱信号，减小噪声干扰，以供系统解调出所需信息数据。,天线,低噪放,混频,基带解调,接收本振,数字信号 处理,Vdc,低噪声放大器的基本知

2、识,噪声的定义 物理中的定义： 振幅和频率上完全无规律的震荡称之为噪声。 电子学的定义： 对于电子线路中所标称的噪声，可以概括地认为，它是对目的信号以外的所有信号的一个总称。,低噪声放大器的基本知识,信噪比的定义 信噪比，即SNR（Signal to Noise Ratio），又称为讯噪比。 狭义来讲是指放大器的输出信号的电压与同时输出的噪声电压的比，常常用分贝数表示，设备的信噪比越高表明它产生的杂音越少。 一般来说，信噪比越高，说明混在信号里的噪声越小，有利于提高通信系统的性能，否则相反。,低噪声放大器的基本知识,噪声系数的定义 噪声系数定义 噪声系数物理含义：信号通过放大器之后，由于放大器

3、产生噪声，使 信噪比变坏，信噪比下降的倍数就是噪声系数 噪声系数用分贝表示：,输入端信号功率,输入端噪声功率,输出端信号功率,输出端噪声功率,低噪声放大器的基本知识,噪声系数的定义,放大器噪声使信噪比恶化,低噪声放大器的基本知识,噪声温度 在某些噪声系数要求非常高的系统，由于噪声系数很小，用噪声系数表示很不方便，于是常采用噪声温度表示： 式中，k波尔兹曼常数 ， 有效温度，单位为k， B为带宽，单位Hz。 噪声温度与噪声系数转换关系： 为放大器噪声温度， ，NF为放大器噪声系数,低噪声放大器的基本知识,低噪声放大器在通信系统中的作用,天线,低噪放,混频,基带解调,接收本振,数字信号 处理,Vd

4、c,低噪声放大器的基本知识,低噪声放大器在通信系统中的作用 系统接收灵敏度公式 系统带宽BW和信噪比S/N确定，噪声系数NF对系统灵敏度影响起决定作用 多级放大器级联的噪声系数公式,第一级放大器对噪声系数影响最大！,低噪声放大器的基本知识,放大器的稳定性 放大器管绝对稳定条件： K为稳定性判别系数，K1是稳定状态，只有当3个条件满足，放大器绝对稳定。,低噪声放大器的基本知识,保证放大器稳定工作的措施 引入电阻匹配元器件，使K1 引入反馈，使K1 在低噪声放大管源极和地之间串接一个阻抗器件，构成负反馈电路。 在低噪声放大器输出端引入 型阻性衰减器，可改善放大器稳定性。,低噪声放大器的基本指标,低

5、噪声放大器技术指标,输入输出反射系数 S11; S22 噪声系数 NF 放大器增益 G 稳定系数 K 增益平坦度,S波段低噪声放大器的仿真设计,设计指标要求： 工作频率：2.4GHz-2.5GHz频段 噪声系数：NF10dB 输入：S11-15dB；输出S22-6dB 选用器件Avago公司ATF34143 基于PHEMT工艺的FET低噪声放大管 选用基片 基片厚度：H=0.8mm 基片介电常数：4.4 导体层厚度：0.035mm,S波段低噪声放大器的仿真设计,设计流程： 低噪声放大管的直流特性分析确定最佳工作点 低噪声放大管的稳定性分析 低噪声放大器的输入输出匹配设计 低噪声放大器的仿真优化

6、,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流分析（DC Tracing） 查阅ATF34143产品资料，根据LNA设计指标要求确定直流工作点,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流分析（DC Tracing） 查阅ATF34143产品资料，根据LNA设计指标要求确定直流工作点,Vds=4V，Ids=40mA时， 噪声系数较小，约0.3dB,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流分析（DC Tracing） 根据LNA设计指标要求确定直流工作点,Vds=4V，Ids=40mA时， 增益大于10dB， 满足设计指标！,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流分析（DC Tracing） 根据LNA设计指标要求确定直流工

7、作点,Vds=4V，Ids=40mA时， Vgs约为-0.5V！,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流分析（DC Tracing） 新建DC_FET_1电路图，对器件特性进行直流分析。,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流分析（DC Tracing） 调用ATF34143模型,元器件库中选择34143的ph模型,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流分析（DC Tracing）电路结构,G,D,S,S,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流分析（DC Tracing） 确定直流点的扫描,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流分析（DC Tracing）,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流分析（DC Traci

8、ng） 通过直流分析，确定器件的直流工作点 Vds=4V Ids=40mA Vgs=-0.53V,S波段低噪声放大器的仿真设计,稳定性分析 新建“FET_Stable”原理图，进行稳定性分析,S波段低噪声放大器的仿真设计,稳定性分析 新建“FET_Stable”原理图，进行稳定性分析,隔直电容,扼流电感,S参数模型,S波段低噪声放大器的仿真设计,稳定性分析 稳定性仿真分析结果,S波段低噪声放大器的仿真设计,稳定性分析 源极加入负反馈，提高稳定性,S波段低噪声放大器的仿真设计,稳定性分析 源极加入负反馈，提高稳定性（增益下降，稳定性提高）,S波段低噪声放大器的仿真设计,稳定性分析 将理想厄流电感

9、（DC_Feed）换为实际器件,滤波去耦！,S波段低噪声放大器的仿真设计,稳定性分析 将理想厄流电感（DC_Feed）换为实际器件,S波段低噪声放大器的仿真设计,稳定性分析 将理想厄流电感（DC_Feed）换为实际器件,S波段低噪声放大器的仿真设计,稳定性分析 将负反馈电感换为微带线,0.4mm,S波段低噪声放大器的仿真设计,稳定性分析 将负反馈电感换为微带线,S波段低噪声放大器的仿真设计,稳定性分析 将理想隔直电容（DC_Block）换为实际电容,S波段低噪声放大器的仿真设计,稳定性分析 将理想隔直电容（DC_Block）换为实际电容,S波段低噪声放大器的仿真设计,稳定性分析 将理想隔直电容

10、（DC_Block）换为实际电容,S波段低噪声放大器的仿真设计,稳定性分析 将理想隔直电容（DC_Block）换为实际电容,S波段低噪声放大器的仿真设计,输入匹配电路的设计,S波段低噪声放大器的仿真设计,输入匹配电路的设计,单支节匹配,S波段低噪声放大器的仿真设计,输入匹配电路的设计 低噪声管34143的输入阻抗的计算,放置输入阻抗计算模块！,S波段低噪声放大器的仿真设计,输入匹配电路的设计 输入阻抗（24.033-j13.047），使用单分支线匹配,S波段低噪声放大器的仿真设计,输入匹配电路的设计 输入阻抗（24.033-j13.047），使用单分支线匹配,S波段低噪声放大器的仿真设计,输入

11、匹配电路的设计 自动设计向导生成的单分支匹配线,S波段低噪声放大器的仿真设计,输入匹配电路的设计,S波段低噪声放大器的仿真设计,输入匹配电路的设计 自动设计输入匹配仿真结果,S波段低噪声放大器的仿真设计,输出匹配电路的设计,S波段低噪声放大器的仿真设计,输出匹配电路的设计,S波段低噪声放大器的仿真设计,输出匹配电路的设计 输出端口阻抗计算（Zout=39.256-j33.87）,S波段低噪声放大器的仿真设计,输出匹配电路的设计 输出端口单支节阻抗匹配,S波段低噪声放大器的仿真设计,输出匹配电路的设计 输出端口单支节阻抗匹配,S波段低噪声放大器的仿真设计,输出匹配电路的设计 自动生成的单支节阻抗

12、匹配电路,S波段低噪声放大器的仿真设计,输出匹配电路的设计,S波段低噪声放大器的仿真设计,输出匹配电路的设计,S波段低噪声放大器的仿真设计,电路整体仿真优化 新建“LNA_1”电路原理图文件,S波段低噪声放大器的仿真设计,仿真结果,S波段低噪声放大器的仿真设计,电路整体仿真优化,S波段低噪声放大器的仿真设计,电路整体仿真优化 优化目标设置,S波段低噪声放大器的仿真设计,电路整体仿真优化 优化目标设置,S波段低噪声放大器的仿真设计,电路整体仿真优化 优化目标设置,S波段低噪声放大器的仿真设计,电路整体仿真优化结果,S波段低噪声放大器的仿真设计,Momentum下的版图仿真,S波段低噪声放大器的仿真设计,Momentum下的版图仿真 port设置为,S波段低噪声放大器的仿真设计,Momentum下的版图仿真,S波段低噪声放大器的仿真设计,Momentum下的版图仿真,S波段低噪声放大器的仿真设计,Momentu