使用ADS设计低噪声放大器LNA实例

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3、asets), 数据显示文件的扩展名为.dss(Data Display Server),它们分别存放在相应的 project 下的 network,data 和根目录下. 在画原理图时,要在左边的 Component Palette List 中选择元件的库,我们所需的元件如图 大部分是在TSMC RF CMOS 0.18um v2.0中,除了两端的Term(Simulation- S_Param中)和电感 L2,L4,L5(Lumped- Component 中). 注意此工具栏,上面有常用的元件,如连线和 GND.当然,元件的调用也可以通过上面的第四个 按钮,当你不知道此元件属于哪个库时,通过在元件库中查找很有用,可以用一下看看. 旋转器件可以按或者快捷键 Ctrl+R. 用来输入变量,器件的参数可以用已定义的变量来表示,当有两个或以上的元件参数一样时,例如,差分结构的电路,用这种方法很方便. 1.3 初步完成原理图的输入后,整理你的原理图使之与上面的图相似:按 F5 再选择器件, 可以将器件的说明移开,使之不与器件重叠. http:/ 2 1.4 保存整理后的原理图.保存后的原

4、理图在标题栏上应没有*. 2直流仿真直流仿真 下面,我们对这个 LNA 进行仿真,要进行的仿真有 DC 仿真,S 参数仿真,谐波平衡 (Harmonic Balance)仿真,相应的,我们可以得到电路的直流工作点,S11,S12,S21,S22 参数和 1dB 压缩点,IIP3 和等噪声系数圆以及等增益圆.首先我们进行 DC 仿真. 2.1 在 左 侧 的 Component Palette List 中 选 择 Simulation- DC 选 择 Simulation Controller,将其添加到原理图中. 2.2 仿真设置:选择菜单 SimulateSimulation Setup 将弹出如下对话框: Dataset 下面填的是仿真产生的一组数据的文件名,Data Display 下面填的是产生的显示文件 的文件名.如上所述,这两个文件分别存放在当前 project 文件夹下的 data 子文件夹和当前 project 文件夹下. 2.3 按Simulate或者 F7键进行仿真,此时会弹出仿真状态窗口,如果仿真没有错误(error), 将弹出 Data Display 窗口.

5、对于 DC 仿真,可以关掉 Data Display 窗口和仿真状态窗口.选择菜 单 SimulateAnnotate DC Solution.此时,各个节点的电压和电流将会标注在原理图上,我们可 以看到,电路的偏置电压是852mV.选择菜单SimulateClear DC Annotation可以清除这些电压 和电流. 3. S 参数仿真参数仿真 3.1 在你的电路图上删除 DC Simulation Controller 或者按使它无效.加入 S_Param Simulation Controller,按下图进行设置. http:/ 3 设置完成状态: 3.2 保存原理图,进行仿真设置: 3.3 仿真结束后将弹出数据显示窗口,选择要显示的数据. 在加入 S11,S21,S22 这种复数数据时,需要选择显示类型,选择 dB 值.确定后将显示如下数据, 加入 maker(MakerNew),可以读出精确的值. 在 Noise 选项卡中将 Calculate Noise 选中, 按向右的箭头在 Display 选项卡中可以 添加要显示的项目 http:/ 4 3.4 选择 Smith C

6、hart 显示 S11 和 S22,这样看匹配情况更加直观: 可以看到,电路的噪声系数是 1.218dB,nf(2)是指第二个端口即输出端的噪声系数.电路输入输 出匹配都不好,下面我们将对电路进行优化,改进其性能. 3.5 保存显示文件.点(Tune)图标,将进入调谐模式: 这时我们需要选择要调谐的电路参数(注意,是元件参数而不是元件本身).按住 Ctrl 可以选择 多个要调谐的参数,如下: 3.6 选完后将出现参数调谐窗口: http:/ 5 按 Details,这样我们可以对参数的范围和步长进行选择. 调节 Display 窗口,调整它的大小,这样你可以在参数调谐时清楚地看到调整后的结果. 反复耐心的进行参数调节,可以得到很好的匹配.以下是一组参考值: 可以看到,此时的 S11,S22 都低于- 30dB,达到了较好的匹配,电路增益也提高了.按 update 键, 这样可以将原理图中的数据用调谐得到的数据代替. 说明:其实,电路中的C1,C2,C4,C5都是pad电容,实际上很难控制,实际流片时也无法达到 如此高的精度.我们在实际设计中可以调整的有源极电感和输出电容的值. 4LNA

7、 的参数优化的参数优化 http:/ 6 参数优化可以达到匹配和优化噪声等目的的目的. 4.1 将原理图另存为 LNA_Opt.dsn,将元件参数改回初始值: 4.2 在左侧的 Component Palette List 中选择 Optim/Stat/Yield/DOE,在原理图中加入优化 控件和目标. 4.3 双击它们可以打开对话框 上图是优化 S11 的目标(小于- 29dB),SP1 是 S_Param Simulation Controller 的名字.如果你做其 他的仿真,例如 DC 仿真,将它换成 DC Simulation Controller 的名字. 再加入其他的仿真目标,如 S21,S22,nf(2)等等,为了节省仿真时间,我们只选择 S11 和 S22 来优化,目标是小于- 29dB. 左侧的 Optim Simulation Controller 只须将 Maxlter 改成 1000 次. 4.4 选择为达到目标需要进行优化的元件的参数,有如下两种方法: 4.4.1 在元件参数后加 opt函数,内是参数值的范围.如: 4.4.2 双击元件或者变量,按 Opt

8、im/Statistics/DOE Setup 按钮,选择 Optimization Status选yes时你可以将优化 值更新到原理图中 http:/ 7 为 Enabled,再选择参数的值和范围,如下: 我们一共选择四个参数进行优化,我们范围的选择参考了上面优化的结果,实际设计中需适当 增大优化的范围. 4.5 保存原理图,进行仿真设置并仿真,仿真状态栏中出现 EF(ErrorFunction)=0 表示达到 了优化的目标,下面则是相应的优化参数. 仿真结果如上图,可以看到,S11 和 S22 分别有两条曲线, 分别是第一次优化的曲线和达到目 标时的曲线. 在 Optim Simulation Controller 中选择 Save data for iteration(s):Last,可以直保存最后达到 目标时候的曲线. 因为我们选择的是随机的优化类型,而且有 1000 次的限制,所以,我们优化得到的参数和 调谐得到的是有区别的. 4.6 在菜单中选择 SimulateUpdate Optimization Values,将优化的数据更新到原理图中. 保存数据显示图,将原理图另存

9、为 LNA_GaNs.dsn,下面我们要进行新的仿真. 5. LNA 的等增益圆与等噪声系数圆的等增益圆与等噪声系数圆 5.1 在 Simulation- S_Param 中选择 GaCir 和 NsCir,你需要用到滚动条来选择. http:/ 8 双击它们,可以看到 GaCircle()和 NsCircle()这两个函数的功能. 5.2 进行 Simulation Setup: 5.3 仿真,在新打开的窗口中添加等增益(资用功率增益,Available Gain)圆和等噪声圆的 图. 你会发现,得到的圆非常多. 5.4 将 S_Param Simulation Controller 中的频率范围缩小在我们关心的频率上: http:/ 9 5.5 再次仿真,这样我们只得到两个需要的圆了(左图): 5.6 我们也可以如下设置来得到一组等增益圆和等噪声系数圆.仿真结果如上面右图. 说明:一般来说,最小噪声系数和最大增益所需要的s是不同的,噪声系数越小,我们得到 的最小噪声系数等噪声系数圆越小.增益越大,得到的等增益圆越大.根据设计要求在增益和 噪声之间进行折衷,可以得到相应的反射系数. 5.7 保存原理图和数据显示图,打开LNA_GaNs.dns,并将它另存为LNA_NL.dsn,这样,我 们将使用第一次的器件参数,进行下一项仿真. 6. LNA 的谐波仿真的谐波仿真 6.

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