利用ADS快速设计低噪放

仿真软件的出现，让我们不再需要推导复杂的公式，帮助我们快速且优质地完成射频设计。

ADS的DesignGuide里面有各式各样的模板，可以协助我们进行设计。今天我想探讨的是，如何利用DesignGuide的Ampilifer中的一个模板快速设计低噪声放大器。

我设计低噪放时，比较喜欢用红色方框中的这个模板，如上图。打开这个模板时，就自动弹出两个窗口，一个是原理图窗口，一个是数据结果窗口。用实际器件参数替代模板中的器件参数，再结合.dds上的计算结果，即可快速地完成设计。

原谅我不想去下载个新的器件参数了。

所以就直接用模板中所提供的器件参数进行仿真（AT310113C.s2p）了。

模板中的s2p文件，除了S参数以外，还包括噪声参数，如上图绿色方框里所示。

在文献[1]中，指出，二端口放大器的噪声系数能表示为：

其中，Ys表示呈现在晶体管处的源导纳；

   Yopt表示得出最小噪声系数的最佳源导纳；

   Fmin表示当Ys=Yopt时获得的晶体管的最小噪声系数；

     RN表示晶体管的等效噪声电阻；

     Gs表示源导纳的实部。

所以，当Ys=Yopt时，噪声系数最小。

再看.dds文件中的计算参数。

蓝色方框里的值，是我们能达到的最小噪声系数，即是s2p文件噪声参数的第二列的值(对应1.8GHz)；黄色方框里，是s2p文件噪声参数的第三列和第四列的值(对应1.8GHz)；粉色框中的稳定系数为0.554，小于1；紫色方框内的Zopt即是上面公式中所讲的Yopt对应的倒数。且可以下列公式得到。大家感兴趣的话，可以自己算一下，Γopt即是上图黄色框里的反射系数。

我个人的设计步骤是，先把偏置网络加上，然后采取一定提高稳定性的措施（这边是在发射极接小电感到地）。如下图。图中的偏置网络的值，还需要在实际电路中调试获得。查了一下这个器件的datasheet，没有确切的HFE和VBE值。我计算的时候，是假设HFE=100,VBE=0.6V,而Vcc=3V。

加上偏置电路以及发射机小电感到地后，1.8GHz处的稳定系数提高到1.069，噪声系数恶化0.041dB，如下图所示。

接下来，遵循前面《Smith圆图简介》介绍的“往前看，向后退”原则，按照上图心型框内标注的阻抗进行匹配。请注意方框内各个阻抗标注的方向哈。

最后，电路架构如下图所示。其中黄色和红色圆圈上分别为输入和输出匹配电路，值分别为6.8nH/1.2pF和10nH。选择如此结构的输入匹配电路，是考虑不让匹配电路影响基级的偏置，所以选择先串联电感，然后再并联电容。在输入端可再串联82pF的电容，防止对前级电路的直流点产生影响。紫色方框中是为了提高低端的稳定度（值分别为27nH,9.8pF,120ohm），而绿色方框是为了提高整体的稳定度(1kohm并联到地)。

上述电路架构的仿真结果如下图所示。

S21=9.22dB,S11=-10.1dB,S22=-16.2dB；NF=1.341dB。全频段稳定。

至此，一个低噪声放大器的雏形完成。进一步的话，需要进行版图仿真，在2GHz左右的话，版图仿真还是很准的（据我的经验）。

参考文献：

【1】 David M. Pozar 微波工程