低噪声放大器PPT课件

研究综述
• 噪声系数圆和输入匹配
• 通过添加Smith圆图匹配工具DA_SmithChartMatch工具来完成匹配后 原理图。
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• 噪声系数圆和输入匹配
• 可以使用调整工具来调整两段传输线的长度（现在原理图中Baidu Nhomakorabea入匹配 电路的微带线显示的是电长度）。在调整时可以观察数据显示窗口的 相关曲线的变化，以达到理想效果。最后，调整TL3和TL4的电长度分 别为25.3834deg和44.31deg可以得到一个较小的噪声系数和输入反射 系数（dBS11）。
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• 最大增益的输出匹配
• 同样使用DA_SmithChartMatch工具来做输出匹配电路，调整完成后原 理图。
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• 最大增益的输出匹配
• 从仿真图中可以看出，输入/输出回波损耗在2.45GHz处均小于 -10dB，增益大约为13dB。这个结果可以算是比较满意的结果。
低噪声放大器
研究概述
• 背景意义
• 低噪声放大器是现代无线通信、雷达、电子对抗系统等应用中一个非 常重要的部分，常用于接收系统的前端，在放大信号的同时抑制噪声 干扰，提高系统灵敏度。如果在接收系统的前端连接高性能的低噪声 放大器，在低噪声放大器增益足够大的情况下，就能抑制后级电路的 噪声，则整个接收机系统的噪声系数将主要取决于放大器的噪声。如 果低噪声放大器的噪声系数降低，接收机系统的噪声系数也会变小， 信噪比得到改善，灵敏度大大提高。由此可见低噪声放大器的性能制 约了整个接收系统的性能，对于整个接收系统技术水平的提高，也起 了决定性的作用。
研究综述
• 低噪声放大器的设计
• 本次采用的是安捷特公司的高电子迁移率晶体管（PHEMT）ATF54143 芯片进行低噪声放大器的设计。
• 本次设计的主要步骤主要有 • （1）直流分析； • （2）偏置电路分析； • （3）稳定性分析； • （4）噪声系数圆和输入匹配； • （5）最大增益的输出匹配； • （6）匹配网络的实现。
研究综述
• 噪声系数圆和输入匹配
• 对于低噪声放大器，尤其是第一级放大器，首先考虑的是最小噪声， 所以这里优先考虑噪声，那么最优的输入端阻抗就定为m4点的阻抗。 其中定为50Ohm，则输入端阻抗就为25.7-j*14.1Ohm。这时，可以看 出m4处的增益大约比m3点略小（m3处增益为15.98dB）。为了达到最 小噪声系数，在晶体管的输入端需要满足最佳源反射系数的要求，而 整个电路的输入阻抗，所以需要输入匹配网络把（为m4处阻抗的共轭， 即25.7+j*14.1）变换到输入阻抗50Ohm。如图所示为输入匹配框图。
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• 稳定性分析
• 从图中可以看出，全部换成真实器件后稳定系数和增益依然很好。
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• 噪声系数圆和输入匹配
• 从图中看出，在2.350GHz时的最小噪声系数为0.485dB。接下来就要 设计一个适当得输入匹配网络来实现最小噪声系数。
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• 噪声系数圆和输入匹配
• 在图中，m2是LNA有最大增益时的输入端阻抗，此时可获得增益约为 16.49dB；m4为LNA有最小噪声系数时的输入端阻抗，此时可获得最小 噪声指数为0.49dB。
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• 直流分析
• 设计LNA的第一步是确定晶体管的直流工作点。
研究综述
• 直流分析
• 仿真结果如下图所示：
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• 直流分析
• 从ATF54143的数据手册上可以看到噪声和Vds和Ids的关系，从而确定晶 体管工作点。在2GHz时，当Vds=3V且Ids=20mA时，Fmin接近最小值。此 时，增益大约为16.3dB，能满足设计要求，那么晶体管直流工作点就 设为Vds=3V ， Ids=20mA 。
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• 稳定性分析
• 为了使系统稳定加入负反馈 。
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• 稳定性分析
• 反复调节反馈电感，使其在整个工作频率范围内稳定。X最终定为 0.45nH。整个电路在低频部分不稳定，并且低频部分增益还很高，解 决此问题的方法是在电路中串联或并联小电阻。
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• 稳定性分析
• 接下来，把理想DC_Feed元器件改为实际器件，选用MuRata（日本村 田公司）的电容和电感。
研究概述
• 任务与目标
• 本次毕业设计的主要要求是熟悉理解低噪声放大器的工作原理，并 熟练运用ADS2006仿真软件进行低噪声放大器的仿真设计。本次设 计的是工作频率在2.4-2.5G ISM频段, 噪声系数NF<0.7，增益 Gain>15，VSWRin<1.5，VSWRout<1.5的低噪声放大器，并对设计的 模型进行优化。
研究综述
• 噪声系数圆和输入匹配
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• 最大增益的输出匹配
• 在原理图中添加Zin控件，并改为输出阻抗，选择Zin的实部和虚部， 从图看出，输出阻抗为76.593-j*22.710 Ohm（即S22）。
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• 最大增益的输出匹配
• 为了达到最大增益，输出匹配电路需要把50 Ohm匹配到Zin的共轭， 如图所示。
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• 稳定性分析
• 从下图可以看出，电路在低频部分已经稳定了。下面需要把晶体管源 极的两个电感换成微带线的形式。一方面是因为这两个电感值太小， 实际的电感很难做到；另一方面是因为从调节这两个电感值就可以发 现，这两个电感值稍微改变，就会对整个电路稳定性产生很大影响。
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• 稳定性分析
• 下图中，晶体管源极微带线宽为0.5mm，其特征阻抗为87.0502Ohm， 最后算出的长度为0.739mm。再把晶体管两端“DC_block”理想元器 件换成真实器件，仍然选用MuRata电容，两个隔直电容都选用 “GRM18”系列，电容值为22PF。
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• 偏置电路分析
• 创建新的原理图，在原理图中放入ATF54143的模型和“DA_FETBias” 控件。
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• 偏置电路分析
• 添加各种元器件和控件，完成偏置电路。
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• 稳定性分析
• 加入理想直流扼流和射频扼流并设置相应参数的原理图 。
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• 稳定性分析
• 从仿真图看出，在2.45GHz时，最大增益为19.812dB，稳定性系数为 K=0.895，小于1。从晶体管放大器理论可知，只有绝对稳定系数K>1， 放大器电路才会稳定，这里K<1，不稳定。