功率放大器的简单设计流程.docVIP

ADS射频功放设计简单流程 ? 转载 分类：? 学习收集 ?功放设计仿真的一般步骤 1、首先需要确定放大器的特性指标，并根据指标选定合适的功放管。 2、将厂家提供的晶体管模型库导入到ADS模型库中。 3、根据放大器的要求和晶体管特性确定静态工作点。 4、进行功率放大器的电路设计，包括阻抗匹配、偏置电路等。 5、对所设计电路进行仿真，分析仿真曲线并得出结论。 6、优化功放电路结构和电路参数。 ? 本次PA设计参数如下： 1??频率：960MHz 2??输出功率：10W 3??增益：18dB 4??效率：30% 5??电源电压：28V 选择了飞思卡尔的功率管MW6S010N。 ? 设计环境：使用软件ADS2009，安装了RF_POWER_ADS2009U1_DK（Designkit）安装飞思卡尔管子的Designkit。 1、??直流扫描 首先对LDMOS管进行直流工作点扫描。根据Datasheet上的指标，得到当偏置为VDD=28V，VGS=2.7V时，IDQ=125mA。仿真结果如图1所示。 ? ? 图1 功放直流扫描 2、??偏置和稳定性分析 按照Datasheet设计功放的偏置电路 \l _msocom_1 [由于频率比较低，采用集总电感起到射频扼流的作用，用电容实现电源滤波 ]?，然后，进行稳定性分析，从仿真结果图2，可见该器件在工作频段上绝对稳定，可以进行下一步的设计。 ? 图 2 稳定性分析 3、负载牵引 \l _msocom_2 [PA的最近负载阻抗会随着输入信号功率的增加而改变，在Smith圆图上针对给定的一个输入功率值绘制出在不同负载阻抗时的等输出功率曲线，找出最大输出功率时的最佳负载阻抗。]?和源牵引 我们对功放进行负载牵引和源牵引，设定匹配点阻抗960MHz，通过反复修改源和负载阻抗值 \l _msocom_3 [利用负载牵引的找到最佳负载阻抗，并将负载阻抗的匹配网络代入源牵引中，找到最佳源阻抗，并作源匹配网络，并将找到的最佳源阻抗的匹配网络再代入负载牵引中，如是反复调整，来找到最终的最佳源阻抗和负载阻抗]?，最终得到收敛，输入功率为23dBm，输出的最大功率值为42.31dBm。负载阻抗为5.471+j*5.591, 源阻抗为1.737+j*3.593，仿真结果如图3和图4所。 ? 图 3 负载牵引 ? 图 4 源牵引 有了源阻抗和负载阻抗，然后利用ADS中的SmithChart工具进行匹配网络 \l _msocom_4 [考虑到功放的工作频段和调试的方便性，采用传输线和集总元件混合匹配网络，在Smith圆图上生成匹配电路。整个电路采用微带线作为传输线来实现，使用聚四氟乙烯玻璃纤维板（εr=2.55，h=0.5mm）。]?的设计。首先，我们要使靠近功放管的传输线宽度大于功放管的引脚宽度。其次，我们要进行共轭匹配，所以要把SmithChart中的阻抗改为与源阻抗和负载阻抗共轭。最后，匹配电路的Q值尽量小。输出匹配电路的Smith圆图如图5所示。最后，将理想器件换成器件模型得到最终的匹配电路并进行优化，如图6所示，S参数的图如图7所示。输入匹配电路也按照这种方法设计。见图8-10。 ? 图 5 输出匹配Smith圆图 图6 输出匹配电路 ? 图 7 匹配电路S参数 ? 图 8 输入匹配Smith圆图 图9 输入匹配电路 ? \l blogid=4c94enurl=/orignal/4c94e337gd6d31651b59f 图 10 匹配电路S参数 4、 谐波平衡仿真 现在可以把输入输出匹配电路与加了偏置电路的功放管连接起来，进行谐波平衡仿真。扫描输入功率为-30-30dBm，由图11可知，在输入功率为23dBm时的输出功率为42.2dBm、附加效率为57.549%、增益为19.2dB。 ? 图 11 电路参数 ????将优化后的原理图封装成一个模型，调用HB1ToneFPswp模板，测试IMD3的值，仿真得到输入22dBm时的输出功率如图12所示。 ? 图12 HB1Tone频率扫描 ??然后进行HB2Tone仿真，由于只要求输出功率为10W，根据前面的仿真结果，功放在工作频段内增益为18dB，所以设置输入功率为22dBm；频率扫描为900MHz～1000MHz，双音间隔设置为100KHz。 ? 图13 HB2Tone频率扫描 5、印刷电路版图 后面的工作就是将原理图生产印刷电路版图，自动生产的版图不符合我们的要求，我们需要自己进行调整。调整好后将文件导出成Gerber文件，然后另为存成DXF AutCAD2000格式，然后再导入到Cam350中。完成的电路图如图14。 ? 图14 印刷电路版图