ADS第四次教学：低噪放设计(上)

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S参数仿真
仿真结果如下
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S参数仿真
理想元件转化为微带线
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S参数仿真
集总理想元件转化为带封装的元件（依据实际使用品 牌的电容） 电容的转化
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S参数仿真
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smith圆图匹配
在输入和输出加入smith chart 输入端口从50欧匹配到源端阻抗的共轭20+j*2 输出端口从50欧匹配到负载端阻抗的共轭70-j*50
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smith圆图匹配
生成电路，并将电路拷贝到主原理图上，并且将隔直 电容，扼交电感替换为20PF，20nH
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稳定性K，输入输出阻抗确定
我们采取第二种方法， 在2个源级分别串联一个电感 L1和L2，并且赋予他们的值等于L nH，在原理图里面 添加变量Var，设置一个变量L=1
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稳定性K，输入输出阻抗确定
点击手动调谐tuning
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其中-174dBm/Hz是290K时环境噪声的功率谱密度 热噪声功率 P=KBT ,其中 K 为玻尔兹曼常数,B 为带宽,T 为温度 NF是接收机的噪声系数，S/N是信号的信噪比，BW是信号的带宽（单位Hz）
分析：当发射机的信噪比S/N确定了以后，发射信号的带 宽也确定了以后， 影响接收机的接收灵敏度的指标只有NF指标，所以接收机 的好坏直接由NF决定。
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仿真结果如下：添加maker1点，读取VD=3V，静态为 60mA，VG=0.58V，我这边是以典型值来设计，大家也 可以按datasheet的NF最低的20mA电流来设计
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偏置的设计
新建原理图DA_FETbias_NF 加入晶体管偏置模型，恒压电源模型，54143模型 连接好电路如下
典型值：馈电电压3V，静态电流60mA
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模型导入 1、官网下载模型ATF54143.ZAP 2、用ADS2008解压 3、新建工程atf54143_2 4、将解压文件ATF54143工程 包含于atf54143_2
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偏置的设计
进入设计向导中的放大器的tools，选择晶体管偏置单元电路
7/8/20设置Vdd=5V，Vds=3V，电流60mA，然后点design设计
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偏置的设计
馈电网络选第一种，源级不带电阻的
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优化，调谐tuning
最后的原理图修改如下
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优化，调谐tuning
仿真结果如下
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版图部分，我打算单独讲， 不准备在这节课里面介绍。
今天我们讲的还是比较多的， 包含了以前学习的smith匹 配，以及手动优化调谐 tuning，希望大家一步一步 跟上来，多交流，多分享
ADS2008 第四次教学
低噪放的设计(上)
主讲人：RF社区-火烽
标题栏
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Datasheet研读 低噪放基本理论
ADS设计
结束语
1、Datasheet研读
Datasheet频率，直接特性（供电，静态），射频特性（噪声系数NF ，增益G，输出1dB压缩点，等指标）
2、低噪放基本理论
为什么需要低噪声放大管 接收机接收灵敏度Smin=-174+NF+S/N+10Lg(BW)
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1、DC偏置bias
在atf54143_2工程中新建原理图bias，在insert中选择 DC_FET_T模板
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在component图标中选择54143模型，加入到原理图中， 设置好VD,VG电压进行DC仿真
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设置好的原理图如图
3、ADS设计
用ADS设计低噪放（Low Noise Amplifier，简称 LNA）步骤 1、DC偏置bias 2、稳定性判定K 3、输入输出阻抗的确定 4、smith圆图匹配 5、原理图S参数仿真 6、优化，调谐tuning 7、版图的生成与仿真 8、原理图和版图联合仿真
1、DC偏置bias
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优化，调谐tuning
我们的优化主要对输入S11，G，K，NF进行优化，具 体优化，我们可以优化微带的宽度以及长度，或者 是匹配电容的大小，直到各个指标都比较符合我们 的需求，优化微带长度过程如下
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优化，调谐tuning
优化完成后，记得update下数据
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稳定性K，输入输出阻抗确定
下面在K值定好的基础上讨论输入输出阻抗
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稳定性K，输入输出阻抗确定
设计的原则是兼顾噪声和最大增益，你可以折中的选 取他们的阻抗点比如输入的阻抗实部选取3.2~29.1 （想一想为什么范围这么大？）都是可行的，虚部选 取-1.19~2.63也是可行的，在此我们选取输入20-j*2作 为匹配目标，输出阻抗同理，选取70+j*50作为匹配 在输入和输出加入smith chart 输入端口从50欧匹配到源端阻抗的共轭20+j*2 输出端口从50欧匹配到负载端阻抗的共轭70-j*50
集总理想元件转化为带封装的元件（依据实际使用品 牌的电感） 电感的转化
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S参数仿真
集总理想元件转化为带封装的元件（电阻不参与射频 匹配，比较随意） 电阻的转化
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S参数仿真
并且由于源极串联的电感0.7nH很小，我们把他转化 为微带短截线，假设转化的微带特性阻抗也是50欧（
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稳定性K，输入输出阻抗确定
依据2*π *f*L=Z0*tan（Bd）确定点长度Bd大小，然 后用ADS转化点长度为微带长度,Bd=14deg
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S参数仿真
修改完成后的原理图如下
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S参数仿真
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稳定性K，输入输出阻抗确定
设置好扫描的频率，以及供电5V，仿真结果如下 假设我们要设计的是一个在2GHz的LNA，下面对仿真 的结果的应用进行详细说明
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稳定性K，输入输出阻抗确定
首先，要进行优化是第一个指标是稳定性K，从图上 看出在2GHz的时候，稳定性为0.913＜1 改善放大器稳定性的最简单的办法就是添加一个负反 馈 1、在栅极上面加一个有耗元件，比如电阻，会恶化 噪声 2、在源级串联一个电感等
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作业： 用ATF54143设计一个LNA 频率：2.3GHZ~2.6GHZ 增益：≥14dB 噪声系数：≤0.8dB 输入驻波：≤2 电容电感电阻全部用带封装的 模型
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结束语：感谢与非网提供给我们一个互动交 流的平台，更多ADS学习的活动详见 /bbs/article_44_5 45395.html 与非网RF社区-火烽原创，未经允许，谢绝 转载，谢谢！
稳定性K，输入输出阻抗确定
点开仿真结果图，和tune属性表，对L变量进行改动， 观察K值在2GHz的变化，选择最优点:当L=0.7时， K=1.007，(L=0.6或0.8时,K=1.006),故L=0.7
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稳定性K，输入输出阻抗确定
点击升级原理图
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偏置的设计
进入晶体管偏置单元子电路，查看是否有电路生成
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偏置的设计
返回主电路图，添加DC控件，进行仿真， 仿真结束后，在simulate里面选DC直接点分析
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偏置的设计
返回主电路图，添加DC控件，进行仿真， 仿真结束后，在simulate里面选DC直接点分析，漏极电流55mA左右， 2个源级分别为-27mA，（负号表示接地点在偏置单元里面）
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稳定性K，输入输出阻抗确定
点击手动调谐tuning，弹出
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稳定性K，输入输出阻抗确定
点击原理图里面的VAR里面的L,tune 窗口增加了L的变 量，MAX表示变量最大值，MIN表示变量最小值， VALUE表示当前优化值
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仿真看结果
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S参数仿真
分析如下：在替换实际电容模型的时候，比如0.68pF没 有，就改用了0.7pF，2pF改用了1.8pF等 每一步都是一个小改动，量变引起质变，所以导致仿真 结果的谐振点的偏移，所以需要我们对我们的工程进行 优化
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2、稳定性判定K 3、输入输出阻抗确定
在设计向导中选择放大器，然后选择S参数,NF,G的仿真模板
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稳定性K，输入输出阻抗确定
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稳定性K，输入输出阻抗确定
删除S2P模型，加入我们之前仿真的馈电网络，以及54143模型， 然后在集总元件面板里面耦合电容和扼交电感