ADS簡單放大器專業(yè)設計報告

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上信息學院射頻電路設計課程設計課 題：低噪聲放大器設計與仿真 姓 名： 指導老師： 專 業(yè)： 班 級： 學 號： 專心-專注-專業(yè)簡單放大器的設計 一、 摘要先進設計系統(tǒng)(Advanced Design System)，簡稱ADS，是為了高效的進行產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)，而設計開發(fā)的一款EDA軟件。軟件迅速成為工業(yè)設計領域EDA軟件的佼佼者，因其強大的功能、豐富的模板支持和高效準確的仿真能力（尤其在射頻微波領域），而得到了廣大IC設計工作者的支持。 在小信號設計中確定最佳輸出阻抗通常使用負載線法，負載線法的主要工作是計算功率管的負載線，在使用電壓確定的情況下，根據(jù)輸出功率參考功率

2、器件資料中給定的電流-電壓曲線可以得到該曲線，從而確定出最佳輸出阻抗的實部。該方法使用仿真軟件就可以進行，不需要昂貴的儀器，適用于大多數(shù)的設計情況。本文主要介紹關于ADS簡單放大器的設計，包括原理圖的繪制，電路參數(shù)的優(yōu)化、仿真等等。二、 設計目的和意義1、了解簡單放大器的基本原理，作好設計簡單放大器的準備；2、學習軟件仿真注意要點；3、掌握ADS軟件仿真的基本操作；4、運用ADS設計并仿真出簡單放大器的相關結果。三、 設計原理1、仿真模型選擇：（1）晶體管：A、SP模型：屬于小信號線性模型，模型中已經(jīng)帶有了確定的直流工作點，和在一定范圍內的S參數(shù)，仿真時要注意適用范圍。Sp模型只能得到初步的結

3、果，對于某型應用來說已經(jīng)足夠，不能用來做大信號的仿真，或者直流饋電電路的設計，不能直接生成版圖。B、大信號模型：可以用來仿真大、小信號，需要自行選擇直流工作點，仿真時要加入饋電電路和電源。帶有l(wèi)ayout的大信號模型可以用來生成版圖。（2）集總參數(shù)元件：電容、電阻、電感：在進行電路優(yōu)化時，可以直接選用參數(shù)連續(xù)變化的模型，在系統(tǒng)設計最后，需要把這些優(yōu)化過的元件替換為器件庫中系列中的元件才是可以制作電路、生成版圖的。替換時選擇與優(yōu)化結果相近的數(shù)值，替換后要重新仿真一次，校驗電路性能是否因此出現(xiàn)惡化。2、采用小信號S參數(shù)之前，首先根據(jù)IV曲線計算出，最大輸出功率的負載電阻，再通過匹配電路對功率管輸出

4、電路進行匹配，就能得到最大的輸出功率，同時也需要對輸入電流進行匹配，以得到較高的增益和良好的駐波特性。3、想要得到最大的輸出功率，必須對管子的匹配電路進行優(yōu)化，應先把管子的封裝寄生元件確定。采用從小信號S參數(shù)中提取的方法。通常這些寄生的元件可模擬成串聯(lián)在柵極、漏極和源極的電感、電阻電路。該仿真模型的電路原理圖用ADS軟件建立并分析。用ADS軟件的優(yōu)化功能調整模型的S參數(shù)，使其和器件給定的小信號S參數(shù)基本相同，這樣就可以使用得到該管子比較準確的寄生元件的數(shù)值。四、 詳細設計步驟（一）、啟動軟件，創(chuàng)建新的工程文件，命名為ExampleLNA，同時設置電路尺寸的單位為millimeter。（二）、S

5、P模型仿真設計：1、構建原理電路（1）建立新的工程文件，命名為spmod_LNA,并在左側選擇S參數(shù)仿真工具欄simulation-S_Param；（2）在庫中選出晶體管sp_hp_AT-41511_2_19950125，放置在原理圖窗口：點擊Term選項口，放置Term1，Term2兩個端口；點擊接地選項口，放置接地；點擊2in選項口，放置輸入阻抗測試控件；點擊SP選項口，放置S參數(shù)掃描控件。修改S參數(shù)掃描控件的設置為需要值，連接電路如下圖所示：圖一 、初始原理圖2、測試輸入阻抗（1）仿真，在數(shù)據(jù)輸出窗口觀察輸入阻抗。（2）由圖二列表中可得出2GH點的輸入阻抗為20.083/19.829，換

6、算為實/虛部的形式：18.89-j*6.81。圖二、輸入阻抗列表3、輸入匹配設計（1）采用微帶線進行匹配，在此之前需要設定微帶線的基本參數(shù)。在Tlines-Microstrip和Passive Circuit-Matching工具欄里都有用于微帶線參數(shù)設置的控件，單擊MSUB選項口，在原理圖中放置微帶參數(shù)控件。其中各參數(shù)的含義是：H：基板厚度；ER：基板相對介電常數(shù)；Mur：磁導率；Cond：金屬電導率；Hu：封裝高度；T：金屬層厚度；TanD：損耗角；Roungh：表面粗糙度在MSUB中，修改參數(shù)為需要值，如右圖所示：（2）選擇Passive Circuit-Matching工具欄，采用單分

7、支線的匹配，點擊SSMtch選項口，放置在原理圖中。使用ADS的綜合工具，綜合出匹配網(wǎng)絡。雙擊原理圖中的匹配器，進行參數(shù)編輯，頻率設置為2GH，Zin設置為需要匹配的目標值50。Zload設為前面仿真得到的晶體管的輸入阻抗18.89-j*6.81。（3）選定匹配器，在原理圖窗口的最上一行，選擇DesignGuidePassive Circuit DesignGuideAuto-Design（Design Assistant）.后，在彈出的窗口中選擇Design，綜合完畢后，即可生成適合的匹配網(wǎng)絡。（4）匹配網(wǎng)絡生成后，點擊并進入匹配網(wǎng)絡的子電路，如下圖三所示：圖三、匹配網(wǎng)絡的子電路圖其中的T形

8、接頭為計算時考慮阻抗突變引入的。在實際電路在并不代表任何實際長度的電路。（5）接入匹配網(wǎng)絡；插入StabFct，用以計算穩(wěn)定系數(shù)，如下圖所示：圖四、輸入匹配網(wǎng)絡電路圖仿真結果如結果圖一、圖二所示，圖二為輸入阻抗、穩(wěn)定系數(shù)、噪聲參數(shù)列表。4、輸出匹配設計（1）對于輸出級也使用單分支線的結構進行匹配。選擇Tlines-Microstrip，點擊微帶線工具MLIN、MLEF和T形接頭工具MTEE，連接電路如下圖，元件的方向可以調節(jié)。（2）需要對微帶和接頭的參數(shù)進行調整。由輸入匹配網(wǎng)絡的線寬為1.558mm（實際制作電路的時候，不可能達到這樣的精度），根據(jù)綜合時的設置，這個寬度實際上就是特征阻抗（50

9、歐姆）對應的線寬。因此，在輸出匹配電路中，將所有的寬度設置為此寬度。（3）優(yōu)化工具欄為Optim/Stat/Yield，點擊Optim選項口，加入優(yōu)化控件，點擊Goal選項口，加入優(yōu)化目標控件。根據(jù)優(yōu)化需要，添加一個新的S參數(shù)控件，并將其頻率范圍設置在2GHz附近，如右圖所示。（4）設置優(yōu)化目標。在2GHz附近降低S（2,2），同時2GHz附近的S（1,1）保持盡量小。由于是在當前的兩個目標是在2GHz附近，故相應參數(shù)設為“SP2”。（5）激活微帶線的優(yōu)化。雙擊需要優(yōu)化的微帶，點擊Optimization/Statistics Setup，然后激活優(yōu)化，并設置優(yōu)化范圍（一般來說越小越好）。（6

10、）選擇適合優(yōu)化的方式，準備優(yōu)化，常用的主要是Random（隨機法）和Gradient（梯度法）。隨機法常用于大范圍搜索時使用，梯度法則用于拒不收斂。優(yōu)化前電路如下圖所示。圖五、優(yōu)化前電路圖（7）點擊并開始優(yōu)化，優(yōu)化結束后，選擇Simulate工具中的更新數(shù)據(jù)更新優(yōu)化后的電路參數(shù)。將優(yōu)化控件關閉，再點擊運行重新仿真即可得到優(yōu)化后的電路特性。得到的經(jīng)優(yōu)化后的結果如結果圖三所示。五、 設計結果及分析結果圖一、S參數(shù)結果圖二、輸入阻抗、穩(wěn)定系數(shù)、噪聲系數(shù)分析：由以上的仿真結果可見，基本上電路已經(jīng)達到了比較好的性能，如：良好的輸入匹配，、較高的增益、穩(wěn)定系數(shù)和噪聲系數(shù)都比較好。另一方面，輸出匹配還不太好

11、，電路的增益也可能進一步的提高。結果圖三、經(jīng)過一次隨機優(yōu)化的S參數(shù)分析：S（2,2）有了很大的改善，但同時S（1,1）惡化，反復調整優(yōu)化方法、優(yōu)化目標中的權重Weight，必要時還可以對輸入匹配網(wǎng)絡進行優(yōu)化，最終得到合適的結果。對部分電路指示的優(yōu)化可能導致其他某些指標的惡化，可以根據(jù)需要增加一些優(yōu)化目標。如果電路穩(wěn)定系數(shù)變得很小，或者S（1，1）的值在整個頻帶內的某些頻點在0dB以上，則需要加入反饋，改善放大器的穩(wěn)定性。六、 總結ADS是高頻設計的工業(yè)領袖。它支持系統(tǒng)和射頻設計師開發(fā)所有類型的射頻設計，從簡單到最復雜，從射頻微波模塊到用于通信和航空航天國防的MMIC。 通過從頻域和時域電路仿真

12、到電磁場仿真的全套仿真技術，ADS讓設計師全面表征和優(yōu)化設計。單一的集成設計環(huán)境提供系統(tǒng)和電路仿真器，以及電路圖捕獲、布局和驗證能力 因此不需要在設計中停下來更換設計工具。它為蜂窩和便攜電話、尋呼機、無線網(wǎng)絡，以及雷達和衛(wèi)星通信系統(tǒng)這類產(chǎn)品的設計師提供完全的設計集成。以上簡單介紹了ADS的一些最基本的用法，在實際使用軟件時，會遇到各種具體的問題，解決的最好方法就是仔細看看幫助文件。僅僅完成這份材料中的操作，離設計成功大概還有相當?shù)木嚯x。在仿真的過程中，要是在明確物理概念，避免無意義的工作。ADS軟件功能很強大，還可以進行通信系統(tǒng)仿真、CDMA、數(shù)字電視等等的設計，可以看它的example pr

13、oject，希望今后能夠慢慢發(fā)掘。七、 體會在這次的專業(yè)方向設計中，我主要做的是簡單放大器的設計與仿真，并在仿真結果中找到優(yōu)化設計的方法。雖然以前也學習過簡單放大器的一些知識，但這次經(jīng)過了自己親自動手翻閱資料，了解了更多簡單放大器的基本原理，為設計簡單放大器作了更充分的準備。只有更多的理解原理與知識，在這個的設計過程中出現(xiàn)錯誤才知道如何改正，同時也更加理解每一步的意義。在這個設計過程中，最開始要克服的難點是掌握ADS軟件仿真的基本操作。由于沒接觸過ADS軟件，更加沒有使用其仿真設計電路，對于軟件的使用很是陌生，安裝時就出現(xiàn)了一些問題，要不斷不斷的重裝才能夠使用。此外，要更多的熟悉軟件的窗口功能、每一步的流程等等操作，防