八低噪声放大器仿真设计.ppt

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Ø低噪声放大器的基本知识低噪声放大器的基本知识Ø低噪声放大器的基本指标低噪声放大器的基本指标Ø低噪声放大器的设计方法低噪声放大器的设计方法Ø2.4GHz2.4GHz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Ø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Ø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Ø信噪比的定义信噪比的定义•信噪比，即SNR（Signal to Noise 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Ø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Ø噪声系数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Ø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Ø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Ø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•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Ø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，K>1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Ø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K>1•引入反馈，使K>1 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。

Ø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 Ø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14S 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Ø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：NF<1dBNF<1dB•增益：增益：>10dB>10dB•输入：输入：S11<-15dBS11<-15dB；输出；输出S22<-6dBS22<-6dBØ选用器件选用器件—Avago—Avago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Ø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：0.035mm0.035mm15S 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Ø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16S 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Ø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17S 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Ø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Vds=4V，Ids=40mA时，噪声系数较小，约0.3dB18S 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Ø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！19S 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Ø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！20S 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Ø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21S 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Ø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22S 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Ø直流分析（直流分析（DC TracingDC Tracing）电路结构）电路结构 GDSS23S 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Ø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24S 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Ø直流分析（直流分析（DC TracingDC Tracing）） 25S 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Ø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 26S 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Ø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 27S 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Ø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28S 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Ø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 29S 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Ø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 30S 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Ø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）） 31S 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Ø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！32S 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Ø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 33S 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Ø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 34S 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Ø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 0.4mm35S 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Ø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 36S 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Ø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 37S 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Ø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 38S 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Ø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 39S 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Ø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 40S 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Ø输入匹配电路的设计输入匹配电路的设计 41S 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Ø输入匹配电路的设计输入匹配电路的设计 单支节匹配42S 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Ø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！43S 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Ø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 44S 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Ø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 45S 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Ø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 46S 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Ø输入匹配电路的设计输入匹配电路的设计 47S 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Ø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48S 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Ø输出匹配电路的设计输出匹配电路的设计 49S 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Ø输出匹配电路的设计输出匹配电路的设计 50S 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Ø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））51S 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Ø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52S 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Ø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53S 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Ø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54S 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Ø输出匹配电路的设计输出匹配电路的设计 55S 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Ø输出匹配电路的设计输出匹配电路的设计 56S 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Ø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 57S 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Ø仿真结果仿真结果 58S 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Ø电路整体仿真优化电路整体仿真优化 59S 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Ø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 60S 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Ø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 61S 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Ø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 62S 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Ø电路整体仿真优化结果电路整体仿真优化结果 63S 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ØMomentumMomentum下的版图仿真下的版图仿真 64S 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ØMomentumMomentum下的版图仿真下的版图仿真 port port设置为设置为 65S 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ØMomentumMomentum下的版图仿真下的版图仿真 66S 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ØMomentumMomentum下的版图仿真下的版图仿真 67S 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ØMomentumMomentum下的版图仿真下的版图仿真 68S 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ØMomentumMomentum下的版图仿真结果下的版图仿真结果 69S 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ØMomentumMomentum下的版图仿真结果下的版图仿真结果 70S 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Ø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。