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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。,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,低噪声放大器的基本知识,噪声系数的定义式中,NF为器件的噪声系数噪声系数物理含义:信号通过放大器之后,由于放大器产生噪声,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,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,放大器决定稳定。,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(S21)稳定系数K通带内的增益平坦度,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:NF15dB输入S11-15dB;输出S22-10dB选用器件-ATF54143,S波段低噪声放大器的仿真设计,设计流程:下载安装晶体管库文件低噪声放大管的直流特性分析低噪声放大管的偏置电路设计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,S波段低噪声放大器的仿真设计,下载安装晶体管库文件,采用英文路径,S波段低噪声放大器的仿真设计,下载安装晶体管库文件新建工程文件“Lab8_LNA”,并调用ATF54143模型,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流分析(DCTracing)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(DCTracing)调用ATF54143模型,元器件库中选择,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流分析(DCTracing)电路结构,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流分析(DCTracing)根据LNA设计指标要求确定直流工作点,Vds=3V,Ids=20mA时,噪声系数最小,约0.42,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流分析(DCTracing)根据LNA设计指标要求确定直流工作点,Vds=3V,Ids=20mA时,增益大于16dB,满足设计指标!,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流分析(DCTracing)根据LNA设计指标要求确定直流工作点,Vds=3V,Ids=20mA时,Vgs约为0.45V!,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流分析(DCTracing)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(DCTracing),S波段低噪声放大器的仿真设计,直流分析(DCTracing)通过直流分析,确定器件的直流工作点Vds=3VIds=20mAVgs=0.45V-0.5V,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流偏置电路的分析设计新建Biascircuit电路文件,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流偏置电路的分析设计利用FET_Bias控件,建立低噪声管偏置电路拓扑,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流偏置电路的分析设计利用设计向导设计低噪声管偏置电路,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流偏置电路的分析设计,注意这里的Ids=40mA,是因为有两个栅极,每个栅极电流是20mA.,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流偏置电路的分析设计自动生成偏置电路,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流偏置电路的分析设计,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流偏置电路的分析设计插入DC仿真器,进行直流特性分析,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流偏置电路的分析设计新建“BiasCircuit_2”原理图,添加偏置电路元件,D极,S极,G极,电源,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流偏置电路的分析设计新建“BiasCircuit_2”原理图,直流仿真结果,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,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,进行稳定性分析最大增益控件:稳定系数(K)控件:,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,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,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,输入匹配电路的设计输入阻抗的计算,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(14.346+j2.029),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(14.346+j2.029),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,S波段低噪声放大器的仿真设计,输入匹配电路的设计勾上S参数控件中:“Calculatenoise”,可以在仿真结果当中显示噪声系数。,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输出端口阻抗计算(Zout=97.22-j63.456),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
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