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1、低噪声放大器的仿真设计,学习内容,低噪声放大器的基本知识 低噪声放大器的基本指标 低噪声放大器的设计方法 2.4GHz低噪声放大器的仿真设计,低噪声放大器的基本知识,低噪声放大器在通信系统中的作用 低噪声放大器（LNA）主要作用是放大天线从空中接收到微弱信号，减小噪声干扰，以供系统解调出所需信息数据。,低噪声放大器的基本知识,低噪声放大器在通信系统中的作用 系统接收灵敏度公式 系统带宽BW和信噪比S/N确定，噪声系数NF对系统灵敏度影响起决定作用,低噪声放大器的基本知识,噪声系数的定义 式中，NF为器件的噪声系数 噪声系数物理含义：信号通过放大器之后，由于放大器产生噪声，使 信噪比变坏，信噪比
2、下降的倍数就是噪声系数 噪声系数用分贝表示：,输入端信号功率,输入端噪声功率,输出端信号功率,输出端噪声功率,低噪声放大器的基本知识,噪声温度 在某些噪声系数要求非常高的系统，由于噪声系数很小，用噪声系数表示很不方便，于是常采用噪声温度表示： 式中，k波尔兹曼常数 ， 有效温度，单位为k， B为带宽，单位Hz。 噪声温度与噪声系数转换关系： 为放大器噪声温度， ，NF为放大器噪声系数,低噪声放大器的基本知识,放大器的稳定性 放大器管绝对稳定条件： K为稳定性判别系数，K1是稳定状态，只有当3个条件满足，放大器决定稳定。,低噪声放大器的基本知识,保证放大器稳定工作的措施 引入电阻匹配元器件，使K
3、1 引入反馈，使K1 在源极和地之间串接一个阻抗器件，构成负反馈电路。 在低噪声放大器输出端引入 型阻性衰减器，可改善放大器稳定性。,低噪声放大器的基本指标,低噪声放大器技术指标,输入输出反射系数 S11; S22 噪声系数 NF 放大器增益 G(S21) 稳定系数 K 通带内的增益平坦度,S波段低噪声放大器的仿真设计,设计指标要求： 工作频率：2.4GHz-2.5GHz频段 噪声系数:NF15dB 输入S11-15dB；输出S22-10dB 选用器件-ATF54143,S波段低噪声放大器的仿真设计,设计流程： 下载安装晶体管库文件 低噪声放大管的直流特性分析 低噪声放大管的偏置电路设计 低噪
4、声放大管的稳定性分析 低噪声放大器的输入输出匹配设计 低噪声放大器的仿真优化,S波段低噪声放大器的仿真设计,下载安装晶体管库文件 http:/ 新建工程文件“Lab8_LNA”，并调用ATF54143模型,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流分析（DC Tracing） 新建DC_FET_1电路图，对器件特性进行直流分析。,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流分析（DC Tracing） 调用ATF54143模型,元器件库中选择,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流分析（DC Tracing）电路结构,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流分析（DC Tracing） 根据LNA设计指标要求确定直流工作
5、点,Vds=3V，Ids=20mA时， 噪声系数最小，约0.42,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流分析（DC Tracing） 根据LNA设计指标要求确定直流工作点,Vds=3V，Ids=20mA时， 增益大于16dB， 满足设计指标！,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流分析（DC Tracing） 根据LNA设计指标要求确定直流工作点,Vds=3V，Ids=20mA时， Vgs约为0.45V！,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流分析（DC Tracing） 确定直流点的扫描,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流分析（DC Tracing）,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流分析（DC Tra
6、cing） 通过直流分析，确定器件的直流工作点 Vds=3V Ids=20mA Vgs=0.45V-0.5V,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流偏置电路的分析设计 新建Biascircuit电路文件,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流偏置电路的分析设计 利用FET_Bias控件，建立低噪声管偏置电路拓扑,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流偏置电路的分析设计 利用设计向导设计低噪声管偏置电路,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流偏置电路的分析设计,注意这里的Ids=40mA，是因为有两个栅极，每个栅极电流是20mA.,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流偏置电路的分析设计 自动生成偏置电路,S波段低
7、噪声放大器的仿真设计,直流偏置电路的分析设计,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流偏置电路的分析设计 插入DC仿真器，进行直流特性分析,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流偏置电路的分析设计 新建“BiasCircuit_2”原理图，添加偏置电路元件,D极,S极,G极,电源,S波段低噪声放大器的仿真设计,直流偏置电路的分析设计 新建“BiasCircuit_2”原理图，直流仿真结果,S波段低噪声放大器的仿真设计,稳定性分析 新建“FET_Stable”原理图，进行稳定性分析,S波段低噪声放大器的仿真设计,稳定性分析 新建“FET_Stable”原理图，进行稳定性分析,S波段低噪声放大器的仿真设计,
8、稳定性分析 新建“FET_Stable”原理图，进行稳定性分析 最大增益控件： 稳定系数(K)控件：,S波段低噪声放大器的仿真设计,稳定性分析 稳定性仿真分析结果,S波段低噪声放大器的仿真设计,稳定性分析 源极加入负反馈，提高稳定性,S波段低噪声放大器的仿真设计,稳定性分析 源极加入负反馈，提高稳定性,S波段低噪声放大器的仿真设计,稳定性分析 将理想厄流电感（DC_Feed）换为实际器件,S波段低噪声放大器的仿真设计,稳定性分析 将理想厄流电感（DC_Feed）换为实际器件,S波段低噪声放大器的仿真设计,稳定性分析 将负反馈电感换为微带线,S波段低噪声放大器的仿真设计,稳定性分析 将负反馈电感
9、换为微带线,S波段低噪声放大器的仿真设计,稳定性分析 将理想隔直电容（DC_Block）换为实际电容,S波段低噪声放大器的仿真设计,稳定性分析 将理想隔直电容（DC_Block）换为实际电容,S波段低噪声放大器的仿真设计,输入匹配电路的设计 输入阻抗的计算,S波段低噪声放大器的仿真设计,输入匹配电路的设计 输入阻抗（14.346+j2.029），使用单分支线匹配,S波段低噪声放大器的仿真设计,输入匹配电路的设计 输入阻抗（14.346+j2.029），使用单分支线匹配,S波段低噪声放大器的仿真设计,输入匹配电路的设计 自动设计向导生成的单分支匹配线,S波段低噪声放大器的仿真设计,S波段低噪声放
10、大器的仿真设计,输入匹配电路的设计 勾上S参数控件中： “Calculate noise”，可以在仿真 结果当中显示噪声系数。,S波段低噪声放大器的仿真设计,输入匹配电路的设计 自动设计输入匹配仿真结果,S波段低噪声放大器的仿真设计,输出匹配电路的设计 输出端口阻抗计算（Zout=97.22-j63.456）,S波段低噪声放大器的仿真设计,输出匹配电路的设计 输出端口单支节阻抗匹配,S波段低噪声放大器的仿真设计,输出匹配电路的设计 输出端口单支节阻抗匹配,S波段低噪声放大器的仿真设计,输出匹配电路的设计 自动生成的单支节阻抗匹配电路,S波段低噪声放大器的仿真设计,S波段低噪声放大器的仿真设计,输出匹配电路的设计,S波段低噪声放大器的仿真设计,滤波去耦！,S波段低噪声放大器的仿真设计,仿真结果,
