1定性分析1.1晶体管的建模.PDF

低噪声放大器(LNA)是射频收发机的一个重要组成部分，它能有效提高接收机的接收灵 敏度，进而提高收发机的传输距离。因此低噪声放大器的设计是否良好，关系到整个通信系 统的通信质量。本文以晶体管 ATF-54143 为例，说明两种不同低噪声放大器的设计方法， 其频率范围为 2～2．2 GHz；晶体管工作电压为 3 V；工作电流为 40 mA；输入输出阻抗为 50 Ω。 1 定性分析 1．1 晶体管的建模 通过网络可以查阅晶体管生产厂商的相关资料，可以下载厂商提供的该款晶体管模型， 也可以根据实际需要下载该管的 S2P 文件。本例采用直接将该管的 S2P 文件导入到软件中， 利用 S 参数为模型设计电路。如果是第一次导入，则可以利用模块 S-Params 进行 S 参数仿 真，观察得到的 S 参数与 S2P 文件提供的数据是否相同，同时，???量晶体管的输入阻抗与 对应的最小噪声系数，以及判断晶体管的稳定性等，为下一步骤做好准备。 1．2 晶体管的稳定性 对电路完成 S 参数仿真后，可以得到输入／输出端的 mu 在频率 2～2．2 GHz 之间均小 于 1，根据射频相关理论，晶体管是不稳定的。通过在输出端并联一个 10 Ω 和 5 pF 的电容， m2 和 m3 的值均大于 1，如图 1，图 2 所示。晶体管实现了在带宽内条件稳定，并且测得 在 2．1 GHz 时的输入阻抗为 16．827-j16．041。同时发现，由于在输出端加入了电阻，使 得 Fmin 由 0．48 增大到 0．573，Γopt 为 0．329∠125．99°，Zopt=(30．007+j17．754)Ω。 其中，Γopt 是最佳信源反射系数。 1．3 制定方案 如图 3 所示，将可用增益圆族与噪声系数圆族画在同一个 Γs 平面上。通过分析可知，如 果可用增益圆通过最佳噪声系数所在点的位置，并根据该点来进行输入端电路匹配的话，此 时对于 LNA 而言，噪声系数是最小的，但是其增益并没有达到最佳放大。因此它是通过牺 牲可用增益来换取的。在这种情况下，该晶体管增益可以达到 14 dB 左右，Fmin 大约为 0．48， 如图 3 所示。 另一种方案是在可用增益和噪声系数之间取得平衡，以尽可能用小噪声匹配为目标，采 用在兼顾增益前提下的设计方案。在这种情况下该晶体管增益大约为 15 dB 左右，Fmin 大 约为 0．7(见图 3)。这个就是本文中提到的第 2 种方案。 2 以最佳噪声系数为设计目标方案的仿真 2．1 输入匹配电路设计 对于低噪声放大器，为了获得最小的噪声系数，Γs 有个最佳 Γopt 系数值，此时 LNA 达 到最小噪声系数，即达到最佳噪声匹配状态。当匹配状态偏离最佳位置时，LNA 的噪声系数 将增大。前面定性分析中已经获得 Γopt=0．329∠125．99°，以及对应的 Zopt=30．007+j17．754 Ω。下面可以利用 ADS 的 Passive Circuit／Micorstrip ControlWindow 这个工具，自动生成输入端口的匹配电路。 在原理图中添加一个 DA_SSMatehl 的智能模块，然后修改其中的设置：F=2．1 GHz， Zin=50 Ω。值得注意的是，利用该工具生成匹配电路时，Zload 是 Zopt 的共轭。设置完毕 后，再添加一个 MSub 的控件，该控件主要用于描述基板的基本信息，修改其中的设置