基于awr濾波低噪聲放大器一體化設(shè)計

濾波器和低噪聲放大器的,在寬帶低噪聲放大的同時具有較好的帶外抑 InthegeneraldesignofimpedancematchingnetworkofLowNoiseAmplifier,whatpeoplecaredforistominimizethenoisefigureandizethepowertransfer,sotheLNAcansuppresssidebandefficiently.Inthispaper,aFilter-LNAisdesigned.TheFilter-LNAwitchintegratedthefilterandLNAhaseffectsofLNAandsidebandsuppressionbyimprovingthematchingnetwork.ThecenterfrequencyoftheFilter-LNA,cascadedwithtwostages,isset2.5GHz.Itshowshighgain(35.5dBascircuitsimulationresult,and33dBasEMsimulationresult)andlownoisefactor(1dBascircuitsimulationresult,and1.4dBasEMsimulationresult)in400MHzbandwidth.Moreover,itachievesgoodsidebandsuppressionproperty.Thedesignistotally plishedbyAWR.Itexhibitsquiteafewexcellentqualitiesandfriendlyoperationpanels,whichwillbeshownandintroducedthroughtheprocessofdesignandsimulation.:LNA;filter;integrateddesign;I1論基11.1低噪聲放大器簡11.2噪聲理.22 微波低噪聲放大器的主要設(shè)計指標(biāo).241.3.361.3.471.3.581.3.681.3.78第2章濾波低噪聲放大器設(shè)計——單級設(shè)92.1設(shè)計方.22.1.32．2基于AWRLNA設(shè)計過.單級LNAAWR仿真結(jié)2.3.1S2.3.23章級聯(lián)低噪聲放大器的AWR仿真測3.1級聯(lián)LNA仿真結(jié)果_S參3.2級聯(lián)LNA仿真結(jié)果_噪聲系第4章PCB版圖及LNA實物 PCB版 實物 第5章AWR軟件特色及使用心 MCROSSX$的應(yīng) INET的使 EM仿真（AXIEM仿真 效果 設(shè)計參數(shù)監(jiān)視 第6章項目總 1基低噪聲放大器（LNA,low-noiseamplifier）是噪聲系數(shù)很低的放大器。一般度通常用噪F來表示。理想放大器的噪聲系數(shù)F=1（0分貝），其物理意Te可低于幾十度(絕對溫度)，致冷參量放大器可達(dá)20K以下，砷化鎵場效應(yīng)晶體管低噪聲微波放大器的應(yīng)用已日益廣泛，其噪聲系數(shù)可低于2分貝。放大器的噪聲噪聲系數(shù)和等效噪聲溫度 NF i SNR其中，SNRi是系統(tǒng)的輸入信噪比，SNRo是系統(tǒng)的輸出信噪比 SNRiSi/kT0 其中k為波耳常數(shù)，B為工作帶寬；網(wǎng)絡(luò)輸出端的信噪比SNRoGPSi/GPkT0Te NF

1

TeNF 由上式可知，等效輸入噪聲溫度TeF成線性關(guān)系。在應(yīng)用級聯(lián)二端口網(wǎng)絡(luò)的噪聲 Te2

G

1T 1F

F2

推廣 G TeG

GG FF1F21F31

G 工作頻率和帶寬ffH BfH

功率增益和增益平坦度PIN PAVSPAVNT T

P PA A

利用信號流圖（圖1-3）來推導(dǎo)各功率表達(dá)式，再代入式1 1 1 1 22 1S S1 1 221 1S 1

11

，

S12S21S1 11 22 11輸入、輸出電壓駐波

由上述分析可知，低噪聲放大器的輸入端總是存在著某種失配，如圖1-輸入到匹配網(wǎng)絡(luò)M1輸入端的功率PIN

2 Za Za令2

12S 12SM

所以，無耗網(wǎng)絡(luò)M1輸入端的輸入電壓駐波比(VSWR)IN

11

1 1

同樣可得輸出端的輸出電壓駐波L卜,(VSWR)OUT

1b

1 1ML 1ML動態(tài)范圍與線性度PminNFkT0f 圖1-5IP3與P1dB輸入輸出匹配功穩(wěn)定性in1,out 第2章濾波低噪聲放大器設(shè)計——單級設(shè)從本章起將詳細(xì)介紹應(yīng)用AWR軟件進(jìn)行濾波低噪聲放大器設(shè)計的方LNALNA的設(shè)計和仿真結(jié)果。在下一章會給出級聯(lián)放大器的。設(shè)計思路慮帶外抑制的要求,主要考慮的是實現(xiàn)最佳噪聲和輸出功率匹配,因而帶外抑制有帶通濾波特性的匹配網(wǎng)絡(luò),如圖2-2所示。 設(shè)計指標(biāo)

工作帶寬功率增益：>噪聲系數(shù)：<放大管選取直流工作點設(shè)置及偏置電路設(shè)計根據(jù)MGA-635P8的datasheet，我們設(shè)置晶體管的漏極電流為55mA，偏置壓VDD為5V由此，我們設(shè)計出了該LNA的偏置電路如下圖穩(wěn)定性分析

匹配電路設(shè)計

圖2-5輸入匹配網(wǎng) 圖2-6輸出匹配網(wǎng)Sopt0.2j outS22S12S21S/1S11S out0.27j 性能良好，不僅帶內(nèi)插損小，而且實現(xiàn)了預(yù)期的濾波效果：在低阻帶1.8GHz和高阻帶3.5GHz實現(xiàn)了帶外衰減30dB。根據(jù)以上設(shè)計過程，得到最終的單級LNA原理圖，如圖2-8圖2-8LNA為了更加體現(xiàn)電路性能，并更好地使用AWR軟件的功能，我們對于每一項S參數(shù)仿噪聲系數(shù)仿真

圖2-10S參數(shù)_EM從圖2-11和圖2-12可以看出，該電路的噪聲系數(shù)較為理想，電路仿真的3章級聯(lián)低噪聲放大器的AWR仿真測較為理想。為了實現(xiàn)更高的增益，兩級LNA進(jìn)行級聯(lián)，如圖3-1。工作帶寬功率增益：>噪聲系數(shù)：<3-2可以看出，級聯(lián)LNA的增益(S(2,1))可以達(dá)到35.9dB，輸入端回波損耗(S(1,1))小于-10dB，中心頻率處達(dá)到-20dB，駐波性能良好。圖3-3顯示帶內(nèi)增EM3-43-2相比，EM仿真結(jié)3-2LNAS參數(shù)_3-3LNA圖3-5中，帶內(nèi)噪聲系數(shù)小于1dB；圖3-6中，噪聲系數(shù)稍大，但依然控制通過以上仿真結(jié)果可以證明，該級聯(lián)LNA的整體性能較好，在增益、駐波比、噪聲、增益平坦度以及濾波性能上都得到了較為理想的結(jié)果，符合設(shè)計要求。4PCB版圖及LNA實物AWR的仿真工作之后，我們對單級LNA進(jìn)行了PCB版圖設(shè)計以及PCB本項目的介質(zhì)基板選用了Rogers的RO4003，介電常數(shù)3.55，基板厚度0.508mm4-14-2LNALNA的最終印制電路版圖。其中單級尺寸74.3mm×33.3mm，級聯(lián)尺寸圖4-1單級低噪聲放大器PCB圖4-2級聯(lián)低噪聲放大器PCB4-1的PCB步驗證了AWR軟件仿真的真實性和可靠性。5AWR軟件特色及使用心用到的AWR軟件的相關(guān)特色功能。MCROSSX$元件，我們可以很方便的改變與其相連的線段的寬度，而MCROSS的四個端口的寬度。簡化了設(shè)計流程。同時，尾部 5-3iNETAWR的