LNA电路设计

通信电子线路实验陈旭2014141443007LNA电路设计实验报告学院：电气信息学院专业：通信工程实验课题：LNA电路设计学生姓名：陈旭学号：2014141443007通信电子线路实验陈旭20141414430071LNA设计一、实验目的本设计要求高电子迁移率晶体管(PHEMT)进行低噪声放大器的设计。（可以采用Avago公司的ATF54143芯片，建议自行选择）设计目标如下:工作频率2.4----2.5GISM频段噪声系数NF0.7增益Gain15VSWRin1.5,VSWRout1.5二、实验环境ADS2014三、实验内容及截图1.下载并安装晶体管的库文件（1）按如下步骤导入库文件。通信电子线路实验陈旭20141414430072(2）新建新LNA_ATF54143_wrk工程时，需要勾选“UserFavoriteLibrariesandPDKs”(3）导入ATF54143模型结果如下图所示：通信电子线路实验陈旭201414144300732.直流分析DCTracing（1）导入ATF54143后的电路图（参数）：（2）仿真结果：从ATF54143的DATASHEET可以看到，在2GHZ的时候，当Vds=3V且Ids=60mA时，Fmin仅仅比Ids=20mA时高了0.1dB,但是OIP3却高出了很多。综合考虑ATF54143直流工作点设为Vds=3V，Ids=60mA。3.偏置电路设计（1）电路图：通信电子线路实验陈旭20141414430074（2）DA_FETBias参数设置：（3）偏置子电路：选择第一种偏置电路进行试验。其中R1，R2，和R4的阻值都不是常规标称值，它们仅仅是理论计算值，后面需要用相近的常规标称值电阻来代替。（4）偏置电路仿真结果：通信电子线路实验陈旭20141414430075仿真后原理图中显示各节点电压、电流。（5）重建原理图，用电阻来替代画出偏置电路，仿真后个节点电压、电流如下：4.稳定性分析（1）由于需要进行S参数仿真，添加了许多控件，其中“Terms”是端口，一般默认50Ω；“StabFact”控件是稳定系数，也就是K，这里要求K0；“MaxGain”是最大增益控件（不是实际增益，实际增益是S21）;“S-PARAMETERS”控件里面设置仿真的参数。另外，放大器的直流和交流通路之间要加射频扼流电路，实质是一个无源低通电路，使直流偏置信号（低频信号）能传输到射频信号通路上，而晶体管的射频信号无法进入直流偏置，实际中一般是一个电感，有时也会接一个旁路电容接地，原理图中用“DC_Feed”扼流电感替代。同时，直流偏置信号不能传到两端的Term,需加隔直电容，原理图中用“DC_Block”替代。通信电子线路实验陈旭20141414430076（2）仿真结果：由仿真结果可以看出，在2.45GHZ时最大增益为20dB，稳定系数K=0.98，小于1。从晶体管放大器理论可知，只有绝对稳定系数1，放大器电路才会稳定，这里K1，不稳定。（3）使系统稳定最常用的方法就是加负反馈，本例在PHEMT的两个源极加小电感作为负反馈，添加变量控件，为了便于调节参数，把两个电感的值设成变量Ls,通过VAR1赋值。通信电子线路实验陈旭20141414430077（4）通过反复调节反馈电感值，使其在工作频率范围内稳定，本例通过调节，Ls的值为0.45nF,仿真后得到如下结果:（5）把理想“DC_Feed”原件改为实际真实的器件，这里采用ATC公司的电容和电感，原理图如下：通信电子线路实验陈旭20141414430078在原理图中，晶体管栅极扼流电路采用ATC0806WL6R8的串联电感和ATC600S6R8的旁路电容，漏记扼流电路采用ATC0805WL220的串联电感和ATC600S270的旁路电容，隔直电容采用ATC600S270。仿真结果如下：（6）把晶体管源极的两个电感换成短路微带线的形式。一方面是因为这两个电感值太小，实际的分立电感很难做到另一方面是因为从调节这两个电感值就可以发现，这两个电感值很小的变化，就会对整个电路稳定性产生很大的影响。由于分立电感本身的误差和寄生参数等影响太大，所以用微带线来代替。a.关于对给定电感值计算等效传输线有如下公式：rZL081.11lL（inch）为微带线的长度；L（nH）是电感值；Z0是PCB微带线上的特征阻通信电子线路实验陈旭20141414430079抗。b.添加Msub控件，微带线用MLSC，采用RO4003射频板，添加到原理图中，如下图所示。c.仿真结果如下：d.为了对这个负反馈仿真得更精确，在layout中对其进行进一步的仿真。新建layout，进行如下操作。添加copper和RO4003。通信电子线路实验陈旭201414144300710把V1的pin和TL1一端的pin连接在一起，另一端连接上一个端口port，如下：添加上面制作好的“Feedback”component至原理图中，代替前面的MLSC，并利用VAR中的L对l赋值，w设为0.5。通信电子线路实验陈旭201414144300711e.添加“Feedback”component之后的仿真结果：这里对所有器件联合仿真，因为“Feedback”component是EM仿真，考虑了接地过孔等因素，所以结果更精确，调整L的值可以得到一个更满意的稳定系数，这里设置L=1.15。5.噪声系数圆和输入匹配通信电子线路实验陈旭201414144300712