实例2:C波段低噪声放大器设计

C波段的频率范围为4~8GHz,在这个频率范围内,低噪声放大器的匹配电路应该用分布参数形式来代替集总参数形式,也就是说,要用微带线匹配电路来替代电感、电容的匹配形式。首先要选择一个工作频段内的放大器,NE3509M04是NEC公司的N沟道场效应管,具有低噪声系数的特点。用NE3509M04仿真时,选择NEC公司的器件库来仿真,这样更准确,减少建模误差。NE3509M04的主要参数如表2-1所示。

表2-1 NE3509M04的主要参数

ELECTRICAL CHARACTERISTICS(TA=+25℃,unless otherwise specified)

在设计C波段低噪声放大器时,由于采用微带线匹配形式,在ADS 2008中仿真时需要用co-simulate来提高仿真精准度。co-simulate是原理图和PCB联合仿真方法,微带线用PCB形式,然后在原理图中调用微带线模型,添加场效应管NE3509M04后进行仿真。

(1)打开ADS 2008,首先安装nec_activelibraryv4.0的designer KIT文件,安装后,选择FET管型号为NE3509M04,然后在原理图中调用DesignGuide-Amplifier中的S参数NF、GAIN、稳定性等的频响模板进行仿真。

首先用模板仿真NE3509M04的稳定性,通过调整在NE3509M04源极加入的微带线参数使NE3509M04在5~6GHz内绝对稳定。调整微带线的参数,观察NE3509M04的稳定性,最终调整得到参数值为W=200mil,L=50mil。

然后根据最小噪声系数仿真此时NE3509M04的输入、输出阻抗,如图2-7所示。

图2-7 NE3509M04的S参数仿真模板

单击【Simulate】按钮进行仿真,仿真结果如图2-8所示。

图2-8 NE3509M04的S参数、K、GAIN以及最佳NF匹配阻抗仿真结果

(2)根据上面得到的最小NF时的输入、输出阻抗,建立输入、输出匹配电路,由于在5~6GHz频段内采用微带线匹配形式,所以在Passive Circuit DG-Matching中选择单枝节匹配形式,根据输入、输出阻抗计算单枝节匹配参数,计算得到匹配参数后搭建整体电路,如图2-9所示。

图2-9 建立输入、输出匹配电路后的电路

单击【Simulate】按钮进行仿真,仿真结果如图2-10所示。

图2-10 NE3509M04低噪声放大器仿真结果

(3)上面的仿真设计为原理图中的仿真设计,下面用co-simulate方式进行精细化仿真。首先把ADS中的原理图导入layout,并在layout中添加端口并建立微带线模型,如图2-11所示。

图2-11 NE3509M04低噪声放大器的layout图

(4)在layout中选择Moment→component→create/update,建立联合仿真库元件,这样就生成了微带线的layout模型,可以在原理图中进行调用,如图2-12所示。

图2-12 生成联合仿真库模型文件

(5)返回原理图,在原理图中调用刚才在layout中所生成的库元件,并添加NE3509M04、端口和S参数控件等,生成联合仿真图,如图2-13所示。

图2-13 联合仿真图

单击【Simulate】按钮进行精细化仿真,仿真结果如图2-14所示。

图2-14 联合仿真结果

经过精细化仿真,C波段低噪声放大器的NF为1.1dB,可以提供11dB的增益,并且在工作频段内工作稳定。