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1、考试安排p周六上午班： 5月11日上午9：00-10：00 5月11日上午10：00-11：30 考试考试p周六下午班： 5月11日下午2：00-3：00 5月11日下午3：00-4：30 考试考试1第七讲：低噪声放大器的仿真设计第七讲：低噪声放大器的仿真设计2学习内容学习内容低噪声放大器的基本知识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基本指标低噪声放大器的设计方法低噪声放大器的设计方法2.4GHz2.4GHz低噪低噪声放大器的仿真设计声放大器的仿真设计3低噪声放大器的基本知识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在通信系统中的作用低噪声放大器（低
2、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，）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。减小噪声干扰，以供系统解调出所需信息数据。天线低噪放混频基带解调接收本振数字信号处理Vdc4低噪声放大器的基本知识低噪声放大器的基本知识噪声的定义噪声的定义物理中的定义：物理中的定义： 振幅和频率上完全无规律的震荡称之为噪声。电子学的定义：电子学的定义： 对于电子线路中所标称的噪声，可以概括地认为，它是对目的信号以外的所有信号的一个总称。5低噪声放大器的基本知识低噪声放大器的基本知识信噪比的定义信噪比的定义信噪比，即SNR（Signal to Nois
3、e Ratio），又称为讯噪比。狭义来讲是指放大器的输出信号的电压与同时输出的噪声电压的比，常常用分贝数表示，设备的信噪比越高表明它产生的杂音越少。一般来说，信噪比越高，说明混在信号里的噪声越小，有利于提高通信系统的性能，否则相反。6低噪声放大器的基本知识低噪声放大器的基本知识噪声系数的定义噪声系数的定义噪声系数定义噪声系数定义噪声系数物理含义：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，信噪比下降的倍数就是噪声系数噪声系数用分贝表示：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7低噪声放大器的基本知识低噪声放大器的基本知识噪声系数
4、的定义噪声系数的定义放大器噪声使信噪比恶化8低噪声放大器的基本知识低噪声放大器的基本知识噪声温度噪声温度 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：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 9低噪声放大器的基本知识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在通信系统中的作用天线低噪放混频基带解调接收本振数字信号处理Vdc10低噪声放大器的基本知识低噪声放大器的基本知识低噪声放大器在通信系统
5、中的作用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接收灵敏度公式系统带宽系统带宽BW和信噪比和信噪比S/N确定，噪声系数确定，噪声系数NF对系统灵敏度影响起决对系统灵敏度影响起决定作用定作用多级放大器级联的噪声系数公式多级放大器级联的噪声系数公式第一级放大器对噪声系数影响最大！11低噪声放大器的基本知识低噪声放大器的基本知识放大器的稳定性放大器的稳定性 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，放大器绝对稳定。12低噪声放大器的基本知识低噪声放大器的基本知识保证放大器稳定工作的措施保证放大器稳定工作的措施引入电阻匹配元器件，使K1引入反馈，使K1
6、 在低噪声放大管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在低噪声放大器输出端引入 型阻性衰减器，可改善放型阻性衰减器，可改善放大器稳定性。大器稳定性。13低噪声放大器的基本指标低噪声放大器的基本指标 低噪声放大器技术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稳定系数 K增益平坦度14S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计设计指标要求：设计指标要求：工作频率：工作频率：2.4GHz-2.5GHz2.4GHz-2.5GHz频段频段噪声系数：噪声系数：NF1dBNF10dB10dB输入：输入：S11-15d
7、BS11-15dB；输出；输出S22-6dBS22-6dB选用器件选用器件AvagoAvago公司公司ATF34143ATF34143 基于基于PHEMTPHEMT工艺的工艺的FETFET低噪声放大管低噪声放大管选用基片选用基片基片厚度：基片厚度：H=0.8mmH=0.8mm基片介电常数：基片介电常数：4.44.4导体层厚度：导体层厚度：0.035mm0.035mm15S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计设计流程：设计流程：低噪声放大管的直流特性分析低噪声放大管的直流特性分析确定最佳工作点确定最佳工作点低噪声放大管的稳定性分析低噪声放大管的稳定性分析低噪声放大器的输入输出
8、匹配设计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低噪声放大器的仿真优化16S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计直流分析（直流分析（DC TracingDC Tracing） 查阅查阅ATF34143ATF34143产品资料，根据产品资料，根据LNALNA设计指标要求确定直流工作点设计指标要求确定直流工作点17S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计直流分析（直流分析（DC TracingDC Tracing） 查阅查阅ATF34143ATF34143产品资料，根据产品资料，根据LNALNA设计指标要求确定直流工作点设计指标要求确定直流工作点V
9、ds=4V，Ids=40mA时，噪声系数较小，约0.3dB18S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计直流分析（直流分析（DC TracingDC Tracing） 根据根据LNALNA设计指标要求确定直流工作点设计指标要求确定直流工作点Vds=4V，Ids=40mA时，增益大于10dB，满足设计指标！19S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计直流分析（直流分析（DC TracingDC Tracing） 根据根据LNALNA设计指标要求确定直流工作点设计指标要求确定直流工作点Vds=4V，Ids=40mA时，Vgs约为-0.5V！20S S波段低噪声放大
10、器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计直流分析（直流分析（DC TracingDC Tracing） 新建新建DC_FET_1DC_FET_1电路图，对器件特性进行直流分析。电路图，对器件特性进行直流分析。21S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计直流分析（直流分析（DC TracingDC Tracing） 调用调用ATF34143ATF34143模型模型元器件库中选择34143的ph模型22S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计直流分析（直流分析（DC TracingDC Tracing）电路结构）电路结构 GDSS23S S波段低噪声放大器的仿真设
11、计波段低噪声放大器的仿真设计直流分析（直流分析（DC TracingDC Tracing） 确定直流点的扫描确定直流点的扫描24S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计直流分析（直流分析（DC TracingDC Tracing） 25S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计直流分析（直流分析（DC TracingDC Tracing） 通过直流分析，确定器件的直流工作点通过直流分析，确定器件的直流工作点 Vds=4VVds=4V Ids=40mA Ids=40mA Vgs=-0.53V Vgs=-0.53V 26S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放
12、大器的仿真设计稳定性分析稳定性分析 新建新建“FET_StableFET_Stable”原理图，进行稳定性分析原理图，进行稳定性分析 27S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计稳定性分析稳定性分析 新建新建“FET_StableFET_Stable”原理图，进行稳定性分析原理图，进行稳定性分析 隔直电容扼流电感S参数模型28S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计稳定性分析稳定性分析 稳定性仿真分析结果稳定性仿真分析结果 29S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计稳定性分析稳定性分析 源极加入负反馈，提高稳定性源极加入负反馈，提高稳定性
13、 30S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计稳定性分析稳定性分析 源极加入负反馈，提高稳定性（源极加入负反馈，提高稳定性（增益下降，稳定性提高增益下降，稳定性提高） 31S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计稳定性分析稳定性分析 将理想厄流电感（将理想厄流电感（DC_FeedDC_Feed）换为实际器件）换为实际器件 滤波去耦！滤波去耦！32S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计稳定性分析稳定性分析 将理想厄流电感（将理想厄流电感（DC_FeedDC_Feed）换为实际器件）换为实际器件 33S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声
14、放大器的仿真设计稳定性分析稳定性分析 将理想厄流电感（将理想厄流电感（DC_FeedDC_Feed）换为实际器件）换为实际器件 34S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计稳定性分析稳定性分析 将负反馈电感换为微带线将负反馈电感换为微带线 0.4mm35S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计稳定性分析稳定性分析 将负反馈电感换为微带线将负反馈电感换为微带线 36S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计稳定性分析稳定性分析 将理想隔直电容（将理想隔直电容（DC_BlockDC_Block）换为实际电容）换为实际电容 37S S波段低噪声放大
15、器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计稳定性分析稳定性分析 将理想隔直电容（将理想隔直电容（DC_BlockDC_Block）换为实际电容）换为实际电容 38S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计稳定性分析稳定性分析 将理想隔直电容（将理想隔直电容（DC_BlockDC_Block）换为实际电容）换为实际电容 39S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计稳定性分析稳定性分析 将理想隔直电容（将理想隔直电容（DC_BlockDC_Block）换为实际电容）换为实际电容 40S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计输入匹配电路的设计输入匹配电
16、路的设计 41S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计输入匹配电路的设计输入匹配电路的设计 单支节匹配42S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计输入匹配电路的设计输入匹配电路的设计 低噪声管低噪声管3414334143的输入阻抗的计算的输入阻抗的计算 放置输入阻抗计算模块！43S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计输入匹配电路的设计输入匹配电路的设计 输入阻抗（输入阻抗（24.033-j13.04724.033-j13.047），使用单分支线匹配），使用单分支线匹配 44S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计输入匹配
17、电路的设计输入匹配电路的设计 输入阻抗（输入阻抗（24.033-j13.04724.033-j13.047），使用单分支线匹配），使用单分支线匹配 45S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计输入匹配电路的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自动设计向导生成的单分支匹配线 46S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计输入匹配电路的设计输入匹配电路的设计 47S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计输入匹配电路的设计输入匹配电路的设计 自动设计输入匹配仿真结果自动设计输入匹配仿真结果48S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低
18、噪声放大器的仿真设计输出匹配电路的设计输出匹配电路的设计 49S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计输出匹配电路的设计输出匹配电路的设计 50S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计输出匹配电路的设计输出匹配电路的设计 输出端口阻抗计算（输出端口阻抗计算（Zout=39.256-j33.87Zout=39.256-j33.87）51S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计输出匹配电路的设计输出匹配电路的设计 输出端口单支节阻抗匹配输出端口单支节阻抗匹配52S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计输出匹配电路的设计输出匹配
19、电路的设计 输出端口单支节阻抗匹配输出端口单支节阻抗匹配53S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计输出匹配电路的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自动生成的单支节阻抗匹配电路54S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计输出匹配电路的设计输出匹配电路的设计 55S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计输出匹配电路的设计输出匹配电路的设计 56S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计电路整体仿真优化电路整体仿真优化 新建新建“LNA_1LNA_1”电路原理图文件电路原理图文件 57S S波段低噪声放大器的仿
20、真设计波段低噪声放大器的仿真设计仿真结果仿真结果 58S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计电路整体仿真优化电路整体仿真优化 59S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计电路整体仿真优化电路整体仿真优化 优化目标设置优化目标设置 60S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计电路整体仿真优化电路整体仿真优化 优化目标设置优化目标设置 61S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计电路整体仿真优化电路整体仿真优化 优化目标设置优化目标设置 62S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计电路整体仿真优化结果电路整
21、体仿真优化结果 63S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计MomentumMomentum下的版图仿真下的版图仿真 64S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计MomentumMomentum下的版图仿真下的版图仿真 port port设置为设置为 65S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计MomentumMomentum下的版图仿真下的版图仿真 66S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计MomentumMomentum下的版图仿真下的版图仿真 67S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计Momen
22、tumMomentum下的版图仿真下的版图仿真 68S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计MomentumMomentum下的版图仿真结果下的版图仿真结果 69S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计MomentumMomentum下的版图仿真结果下的版图仿真结果 70S S波段低噪声放大器的仿真设计波段低噪声放大器的仿真设计小结小结低噪声放大器的基本知识介绍低噪声放大器的基本知识介绍对低噪声管直流工作点的分析对低噪声管直流工作点的分析对低噪声管噪声系数及稳定性的分析对低噪声管噪声系数及稳定性的分析低噪声放大器输入输出匹配电路的仿真设计低噪声放大器输入输出匹配电路的仿真设计低噪声放大器整体仿真优化低噪声放大器整体仿真优化MomentumMomentum环境下对低噪放版图的仿真分析环境下对低噪放版图的仿真分析 71谢谢！谢谢！72
