低噪声放大器

1、南湖学院低频电子线路课程设计课 题：姓 名：指导老师：系 别：班 级：学 号：(1)启动软件后建立新的工程文件，命名为lan，并且在Project Tech no logy ”,打开原理图设计窗Files 栏中选择“ ADS Standard:Length unil-millimeter 口。(2)选择File/New Design新建一个原理图，命名为 Schematic Design Temples 栏中选择“ BJT_curve_tracerbjt_curve, 并在”。41S11，打开元件库，在查询结果可以看到里面有这种晶体管的不同的模型， 以sp为开头的是S参数模型, 这种模型不能用

2、来做直流工作点的扫描，选择pb开头的模型，切换到Design窗口, 放入晶体管按照下图所示接入晶体管，连线按键为，注意确认线完全接好点击中输入41511,对41511的BJT Curve Tracer+ VDCSRC1- Vdc=VCt5ftll ProbeIICVCE =0 VIBB =0 AI | DC亍)SRC2pb_lhp_AT4l511_19950125QI(4)按Simulate键，开始仿真，仿真结束，弹出结果窗口，如下BJT DC Collector Current vs. Collector-Emitter Vo StageUse with BJT_curve_tnacer S

3、c hem atic TemplateVCEIBB=1_OOOE-斗 ISS-9 00DE-5 IBB-8.000E-5 IBB7.00DE-5 IGB=6.OQQE-S ieB=500DE-5 IB B=4.0 DOE-5 IBB=3.000E-5 IBB-2OOOE-5Values at bias point indicated by marker m 1. Move marker to update.VCEDevice Power Ccnsum ption, WattsmlVCE=3.000 IC.i=0,006 IBB=0.0000603 0000.018晶体管直流工作点扫描选定晶体管

4、的直流工作点后，可以进行晶体管的S参数扫描，本节中选用的是S参数模型sp_hp_AT-41511_2_19950125这一模型对应的工作点为 Vce=2.7V、 lc=5mA(5) 新建一个原理图，命名为 SP_of_spmod,并在Schematic Design Temples 栏中选择“ S-Params”。然后新的Design文件生成，窗口如下Term TermlNum= 1Z=50 OhmTeinm Teinm2Num=2Z=50 OhmSP1Starf=i .O GHzStop=10.D GHz Step=0.1 GHzDisplayTemplate dieptempl S_ Pa

5、 ramsQua ddiB Smith 加入sp模型的晶体管，并连接电路如图TermTerrnlNunfl 1Z 50 Ohm-SP_P_AT-斗 I 51 1_2_19050125 SNP1Blas=BJ（： VC&=2 .7V IC=5mA- Frequency=HCl 10-5 1 GHz:*TermTermZZ 50 OhmS- PARA IVIE TE RSSP1Start=1i OHz St 口 p= 1 GHzStep = O 1 GHz| M盅 | DnspliayTEm口Icte dl-Bpcem 口1 sS_Paranns_Guad_dB_Snnrth(7) 由于sp模型本

6、身已经对应于一个确定的直流工作点，因此在做S参数扫描S-PARAIWETERS的时候无需加入直流偏置。观察sp模型晶体管的参 数显示，在此例中，标定的频率适用范围为0.15.1GHz，双击翻PARAMETER SWEEP在控件中作修改参数如右S ParamSP1%甘口GHzStop =5 10 GHzStepO D5 GHi(8)点击按键进行仿真。仿真结束后，系统弹出数据显示窗口，下图所示的史密斯圆图中就是BJT模型的S(1,1)参数和S(2,2)参数，它们分别表示了 BJT的输入端口反射系数和输出端口反射系数。freq (100 0MHzto S.iaOGHz)freq (100 0MHzt

7、o 5.100GHz下图列出了 BJT模型的S(1,1)参数和S(2,2)参数，它们分别表示了 BJT勺正向 和反射的功率传输参数。35DFon*vand Transm son, dD3D20IDfreq, GHz(9)接着点击口，激活的是数 字列表的显示方式，在SF_of_Epm!&d中选择S(1,1)，然后再点击Add按扭，点确认就可在数据显示窗口中插入一个 关于S(1,1)的数据列表，就可以观察 在每个频率处的S(1,1)参数的幅度 和相位值了。如右图所示。(10)双击图中的S参数仿真控制器，选中其中的Calculate Noise选项，单击确认，再次仿真， 点击疋按扭，激活的是图形显示

8、方 式，在左边所列的参数列表中选择uri匸wmpRTransmisasn. dBfreq, GHzfn&qSO100.0 MHz0.550 Z-65.0DD150.0MHz0.520 l 母5 C-C-QZDC.DMHzD.49D/-10S.&D0250.D MHzO.47Sf-t17.DOC3M DMHz0 460/-129.000350 0 MHz0 455/-136.500400.0 MHz0.450/-144 DOD450.0 MHz0.445/ -149 5DD500.0 MHz0 440/ -155 000550 0 MHz0.43S/-158. EDO6CD.D LI Hz0.4

9、3D/-162.DD0650 DMHzO435f-16S.5M7D0.DMHZ0.440/-169.000750.0 MHz0 440/-172 00D3D0.DMHZ0.440/ -175 DOD350.0 MHz0 440/-177 0009000 MHz0 440/-179.000950.D MHz0.440/178.S001 ODOGHz0.440/176.MQ1 050 GHz0.440/1745001.100 GHz0 44D/173.MD1J 50 GHz0 440/171 0001 200 GHz9 440/169 0001 250 GHz0.440/167.0001 300

10、GHz0.440/165.M01 350 GHz0.445/1635001.4G0GHZ0 450/162 MO1.450 GHz0 450/100.5001.500 GHz0 450/159 0C01.550 GHz0 450/157 QOCn（f2），然后点击加4，确认，然后在弹出的数据显示格式对话框中选择dB,就在数据框中插入了一个关于n（f2）的矩形图，如下图所示SP模型仿真设计很多时候，在对封装模型进行仿真设计前，通过预先对sp模型进行仿真，可 以获得电路的大概指标。sp模型的设计，通常被作为电路设计的初级阶段。 本节 首先设计sp_hp_AT-41511_2_1995012在2GH

11、处的输入、输出匹配。1. 构建原理图（1）建立新的工程文件，命名为 spmod_LNA并在Schematic Design Temples栏中选择“ Simulation-S_Param ”。（2）在库中选出晶体管sp_hp_AT-41511_2_19950125放在原理图窗口（3）点击丄_1，放置负载终端元件Term1, Term2两个端口。（4）然后在原理图中插入两个地线。（5）点击，放置输入阻抗测试控件Zin，插入到原理图中。(6)点击，放置s参数扫描控件。并修改为上一节中的相同值连接电路图如下。lerml Wunn=1 Z=50Ohm-SPAT41511 _2_1S950125 -SN

12、P1Bias=BBjLVee=2.7V IcSm.Fneque叫10 : 5 10ferin fenn2Num =2.2=50 OhrnS-PARAMETERSZinZiniini=an(Sl1；PortZl)S_Param -SP1 .Start=0.10 GHz 9tDp=5.10GH2 Step=0.05 GHz 2. SP模型的仿真(1) 执行仿真，并等待结束。 仿真结束后，在弹出的数据显示窗口 中插入一个关于输入阻抗Zin1的数 据列表，如图所示。(2) 由列表中可得到2GH点 的输入阻抗为：20.083/19.829。换 算为实/虚部的形式为18.89 + j*6.81 。3. 输

13、入匹配设计本部分将为SP莫型设计一个输 入的茶杯网络，匹配网络是采用微带 线实现的，具体过程如下。f(aqZin1IBOOGHz19.4GS II/IS71.650 Hz118.555/4JQ 701.700 GHz13.074/0.951.750 GHz13.014/0.225I.SOOGHsie.S94 7 114551.550 GHz10.211 f 13.6371.0OOGHZ110 757/17 S3O2.000GH320.089? 19J82Q2.060 GHz20.14D/21BOB;.iaooHz20.22 f 23.333Z 150 GHz2.2O0GHS21.095； 27

14、 JD172.300 Hz21.830/29,5 28Z.350?Hz22.300 T31.1012. Hz231/36.593Z.550QHZ23.S33；3&.5752.8J0GH=24.41Q；372324.753/35.6552.700 v Hz2.750 Q Hz?5.676/41 COD2.SOOGH226.227 Passive Curcuit, 在此时系统弹出窗口中选择Microstrip 匚ontrol Window.项，进入Passive Curcuit DesignGuidep窗口，在窗口中单击口按钮，系统将自动完成设计过程。综合完毕后,DA _S S M atcti 1

15、0d_ LJA DA_SSMatti1 -Subst=lhMSdbr .F=2GHzZin=5D OhmZibad=lfl-09+j16 SiZstub=50 Ohm .Delta0 mm即可生成适合的匹配网络。(7)匹配网络生成后，点击，进入匹配网络的子电路，如图所示(3) 双击MSU控件，设置微带参数 如图右所示Singfe-S-tub Mertch D&sijari AssistantPassive Circuit D&signGbiideNEEd Help? Flasw see Hie Passive ciircuit D&slryGulde Us&r Manual|Raraffugl

16、erRWlStJtiPKiS将6 Olirn#1Ohm#5Q CFnSCTOhrn#PortPiNum=1T MTEE TeelSdbst=,h4Subrwi=i.sss mmW2= 1.558 mmW3=1.SSS mmIIML INTL2Subst=,MSubVW=1.5BS mmL=4 j5朋 mmPontP2Num=2MLEFTL ISufcst=MlvlEub1lW=1.558 mm L=10 502 mm（8）设计完成后，单击按钮返回SP仿真的原理图中，将刚刚设计的匹配电路插入到图电路中，作为输入匹配电路，如下SPCA SSMatchl pmod LNA*Jrj:雪Dft_SSMa

17、tch1矗耐1 + SubstMSublNdm=1 F=2GHzE=50 Ohm 石n =5口.ohm .-_.ZlDad=ie89+j*6 8l士Zstub=50 Olim _ _Zline=50 OhmDeha=0 mm-SNIJt -leimlerm2Num=2 -7=50 OhmZinZinlzini=zinfS11;PoctZ1)MSub.-=|備 | S4ARAMETERS-S PaiarTI.SP1S13rt=D.1O GHz.StopS 10 GHzStep =0 05 GHzMSUBMSublH=0 8 mm Er=4 3Mlr-1 - .-Cond=5.88E+.7 .Hu

18、=1.0ei-33 mm r=0 03 mm TanD=1e-4 Rough-Omm（9）电路连接完成后，执行仿真，等待仿真结束。（10） 仿真结束后在数据显示窗口中查看电路的 S（ 1，1）参数和S（2, 2） 参数的史密斯圆图，并在频率为2GH处分别插入标记，如下图。treq (IUD CM Hz hi 5.1 DOGHz)mlfieq=2.000GHzS(1 1)=0.024； -152.620freq (100 OMHzb 5 lOOGHzlm2伽=2 DMGHz5(2,2)= O.S&i - 4b ?ao impedance = ZD 1 (1 1朋-j1 5J囚从图中可以看出，对于

19、输入端口来说，反射系数已经很小了，并且输入阻抗 也接近负载阻抗50Q;但对于输出端口来说，反射系数仍然不是很小，且输出阻抗与负载 阻抗还有一定的差距。(11) 观察数据显示窗口中关于 S( 1, 2)参数和S (2, 1)参数的矩形图。从 图中也可以看出，S ( 1， 2)参数和S( 2， 1)参数也有一定的改善。m3 freq2000GHz dB(S1,2)=-18-726m4- Q Q DDD 421/三ddlrlpfr&q=2 OOOGHzireq. GHzfreq. GHz(12) 在数据显示窗口中查看阻抗Zin1的数据列表，职下图所示，从图中也可以看出，当频率为2GHZ寸，电路的输入

20、阻抗接近50QofreqZin11.600 GHz27J948十他一9血1.650 GHz30 014 7.4541 70Q GHz32 364 +17.7151 750 GHz34 663 +j7 5601.300 GHz37 177 +)7.0321.850 GHz39JB68 +J6.0241 90Q GHz42 656 +j4 4171.950 GH;45407 +)2.0912.000 GHz47.911 - i1.Q452 050 GHz49 948 -H.2Q02 100 GHzSI 4B5 -jB 0982.150 GHz51 S40 -jf3.4352.200 GHz50.7

21、95 - i16.9532.250 GHz46 356 - 23 6 602 300 GHz44 892 -j27 63D2.350 GHz40.477 -J31.1142.400 GHz35.610 -J33.3062 45Q GHz31JD6 -j34 46S2 SOD GHz26 836 -j34 7422.550 GHz22787 J33.9S42.600 GHz19 189 -J32.7352 65Q GHz16 077 -j31 3712.700 GHz13.391 -J29.7J42.750 GHz11.153 127.3222.300 GHz9 232 -J25.8822 85

22、0 GHz7 67J -j2J Q&22.900 GHz6.330 -122.2332.950 GHz5.252 120.3983 000 GHz4 354 -J1B 6393.050 GHz3 57OS-FftRAMETERSTLiW=1.588 mmL=2- 5 mm-l6rm2Num-2 Z=5QOhmd_|IVLINTL2 SubsMOfSubV W=1 :S05 mm -L 5 mmMSUBMSubiZ.F - Mur=b -Cond=5 S8E+7 . Hu-1 0&+33 mm T=0.03nimTarrD=ie-4 Rough=0mnr 6_Param SP1 .Start=0

23、 ID GHzStop=5.1QGH2Step=0D6GHz larm ，1 .ferrnl. DASSMIch1_q)m Numl DASSMathl Z=50 Oil叙畐口MSuW-F=5GHz - Zin=5UOhm +load=.iae9+jJ61.IsiJb=50 Ohm . Zlire=5C Ofimmm MTI-lee.Sd-MSubrW1W2冃.BSBmmW3M.SBS mmI WtEF rhTLJSubstWSubT： 血=1 j588 mm . 主 X2 $ mm .（6）设置TLIN1和TL3的优化范围。双击TLIN1，先中L项，然后单击Tune.!1 Dp t/Slnt

24、/DOE Stlup进入如下窗口。把 Optimization项设置好后如图所 示，就把优化范围设置为 2.0mm到40mm。 TL3的设 置方法和参数同上。（7）进行仿真，仿真结束观察 S（ 1，1 ），S（1，2） S （ 2，1） S （2，2）的数据曲线如下图所示。三-LJStLs-CLsffip- 加-4O回-0a 丘匸10d匚巴鸟从图中可以看出，经过优化后，S （1 , 1）的参数反而不如不加输出阻抗匹配网络前，这是由于加入匹配网络后，改变了原来电路的输入阻抗，使电路的输入阻抗不再为 50欧。但S（2,2）有了很大的改善，优化后的 S（ 1，2）和S（2，1）也有了不同程度的改善。

25、（8）反复调整优化方法、优化目标中的权重Weight，还可以对输入匹配网络进行优化，最终得到合适的结果。综合指标的实现1.放大器稳定性分析首先来分析放大器的稳定性，放大器的稳定性理放大器的一个重要的指标, 如果电路稳定系数变得很小（低于0.9）,贝U难以达到预期性能。（1） 在元件面板中选择一个稳定系数测量控件 StatbFct,并插入到原理图中，如右图所示。（2）使原理图设计窗口中的优化控件失效，进行仿真。（3）仿真结束后，在数据显示窗口中加入一个善于稳定系数的矩形图，如下图所示，可以看出在1.8GHz到2.2GHz的频 StabFact StabFactlStabFac d=stab_fac 1(5)率范围内，放大器的稳定系数都在于1,满足设计要求封装模型仿真设计进行完sp模型设计以后，需要将sp模型替换为封装模型来作进一步设计，有 以下工作需要进行将sp模型替换为封装模型。选择直流工作点并添加偏置电压。偏置网络的设计。封装模型电路的S参数仿真。直流偏置网络设计1. 偏置网络计算（1