基于ADS仿真的低噪声放大器设计

　　1 引 言

　　低噪声放大器(LNA)位于射频接收机的前端，其主要功能是对微弱信号进行低噪声放大。在低噪声放大器的设计过程中，要综合考虑其放大能力、噪声系数和匹配等因素，这需要大量的理论计算和smith圆图分析，给设计工作带来困难。

　　Advanced Design System(ADS)软件是Agilent公司在HPEESOF系列EDA软件基础上发展完善的综合设计软件，内含很多进行小信号放大器设计的控件，能实现大量的计算和smith圆图分析。以下将介绍如何利用ADS设计和仿真低噪声放大器。

　　2 低噪声放大器的设计理论

　　图1是放大器电路原理框图，其中r 表示源反射系数，r 表示负载反射系数。不同的r 和r。. 将影响放大器的稳定性、噪声系数、增益、驻波等参数。设计放大器的过程就是根据放大器的s参数，以及噪声系数、增益、驻波等的要求来确定TS和TL，然后根据TS和TL确定输入、输出匹配网络。

图1 晶体管放大器电路原理框图

　　低噪声放大器主要指标是噪声系数Ts ，其与源反射系数的关系如下：

　　其中 NFmin和Rn分别是晶体管的最小噪声系数和等噪声电阻，Topt是最佳源反射系数。当Ts=Topt时，可以获得最低噪声系数 NFmin。

　　一般的低噪声放大器的输入匹配电路是按照噪声最佳来设计的，为了获得较高的功率增益和较好的输出驻波比，输出端采用输出共扼匹配。

　　3 低噪声放大器设计仿真和优化

　　3.1 设计目标

　　低噪声放大器设计的关键是电路的第一级。对于低噪声放大器的第二级及后续电路，可以使用MMIC微波单片放大器来完成，其设计相对来说比较简单。

　　利用ATF一33143完成电路第一级的设计目标是：频率：1260MHz一1280MHz;增益：≥10dB;噪声系数：≤0.5dB;输入驻波比：≤1.5;输出驻波比：≤1.5。

　　3.2 仿真设计

　　(1)建立模型

　　上网下载ATF一33143的器件手册，其器件手册中提供了标准模型 J。

　　(2)确定工作点及偏置电路

　　根据芯片在各直流工作点条件下的性能选择直流工作点。本文选取的直流工作点为：VDS：4V，IDS=40mA。在该直流工作点状态下的芯片最小噪声系数ⅣF i =0.34dB 。

　　(3)稳定性判断

　　在ADS软件中，根据Mu控件和Mu—Prime控件来判断电路的稳定性。电路绝对稳定的充要条件是Mu>1和Mu—Prime>1。

　　一般的改善稳定性的措施为：

　　a.串联阻抗负反馈

　　在场效应管的源极和地之间串接一个阻抗元件，从而构成负反馈电路。反馈元件常用一段微带线来代替，它相当于电感性元件的负反馈。