低噪声放大器的设计方法精品PPT课件
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ADS设计低噪声放大器的详细步骤课件PPT
ADS软件基本操作
01
创建新工程
通过菜单栏或工具栏选择“文件”->“新建”->“工程”，命名并选
择工程保存位置。
02 03
创建电路图
在工程浏览器中右键单击“Circuit Design”文件夹，选择“New”>“Circuit Design”，命名并选择保存位置。在电路图编辑器中绘制 电路图，使用元件库添加元件符号，并连接电路。
菜单栏包含文件、编辑、视图、仿真 等常用命令。
工具栏提供了常用命令的快捷方式， 方便用户快速执行操作。
工程浏览器用于管理工程文件和电路 元件，方便用户组织和查找相关资源。
电路图编辑器用于绘制和编辑电路图， 支持多种元件符号和连线方式。
仿真结果显示窗口用于显示仿真结果 和分析数据，支持多种图表和报告输 出。
03 低噪声放大器设计基础
低噪声放大器概述
01
低噪声放大器是一种电子器件， 用于放大微弱信号，通常用于接 收机前端，提高信号的信噪比。
02
低噪声放大器通常采用晶体管作 为放大元件，通过合理的设计和 匹配电路，实现低噪声、高线性 度和宽频带放大。
低噪声放大器设计原理
01
02
03
04
低噪声放大器设计主要关注噪 声系数、增益和线性度等性能
设置仿真参数
在仿真结果显示窗口中设置仿真参数，如仿真类型、扫描参数、收敛方 法等。
ADS软件基本操作
运行仿真
点击仿真结果显示窗口中的 “Simulate”按钮，开始运行仿真 。仿真完成后，结果将显示在仿真结 果显示窗口中。
分析仿真结果
可以使用仿真结果显示窗口中的图表 和报告工具对仿真结果进行分析和评 估。根据需要调整电路参数或重新进 行仿真，以达到最佳性能。
低噪放声放大器设计教学课件PPT
RF
1 L3(cd c0 )
已知管子电容 Cd 和 C0 ，得：
L3
2 RF
1
cd
c0
2. 性能指标
VRiFnin
Vout
(1) 增益 代入MOS管共栅等效电路
Cgs
1 gm
g m vgs
rds
增益
管子跨导 gm
rds 负载 回路谐振阻抗 RP
设线圈L3 的串联损耗电阻是 r
Vo n45V13
⑤ 电压增益 A
低噪放回路带宽
Vo Vbe
BW
n45n13 gm R
f0
其中(
Qe
Qe
R
0 L
)
增加稳定性——抵消极间电容 C (Cbc ) 的影响
添加中和电容
注意反馈的极性
极间电容 C (Cbc )
CN
的反馈通路
中和电容的反馈通路
例5.3.1 1GHZ CMOS 低噪声放大器
Vout Vin
Vout Vin
2Vout 2Vin
Vout Vin
Vin
Vin
差分放大器总增益与单管相同
（2） 带宽
Vin
Vout
电路特点：
选频
输入 输出 并联回路
阻抗变换
带宽？——由两个回路共同决定
① 当两个回路Q值相同时
设每个回路带宽为BW1
BW总 BW1
1. 电路结构：
①场效应管M1和 M2、共栅组态 ②接成双端输入双端输出差动放大器
③输入端采用电感 L1 和 L2
组成匹配网络
④输出端采用LC回路选频
低噪放声放大器设计教学课件
随着科技的不断发展，低噪放声放大器将会有更多的应用领域，如通信、医疗、军事等。 未来发展方向将聚焦于研究新型的低噪放声放大器技术和应用领域。
性能优化与提升
目前低噪放声放大器的性能仍有提升空间，未来研究将致力于优化放大器的性能指标，如 提高增益、降低噪声等，以满足更广泛的应用需求。
智能化与自动化
随着人工智能和自动化技术的发展，未来低噪放声放大器的设计将更加智能化和自动化， 减少人工干预，提高设计效率。
通过本课程的学习，使学生掌握低噪 放声放大器的基本概念、原理、性能 指标等，了解各种低噪放声放大器的 拓扑结构和工作原理。
培养设计能力
提高综合素质
通过课程学习，培养学生的创新思维 、团队协作、沟通表达能力等综合素 质，为学生今后从事相关领域的工作 和研究打下坚实的基础。
通过实践环节和课程设计，培养学生 的低噪放声放大器设计能力，包括电 路设计、参数选择、电磁仿真等。
02
低噪放声放大器基础知识
放大器基本原理
放大器的基本功能是将微弱的输入信号放大成较强的输出信号，以驱动负载或传输 较远的距离。
放大器由输入级、中间级和输出级三部分组成，各部分电路设计需满足特定的性能 要求。
放大器的主要性能指标包括电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、通频带、失真度 等。
低噪放声放大器的特点
测试方法与步骤
• 测试方法：根据低噪放声放大器的性能指标，可以采用不同的 测试方法。常用的测试方法包括电压增益法、功率增益法、带 宽法等。根据实际情况选择合适的测试方法，确保测试结果的 准确性。
测试方法与步骤
测试步骤 1. 准备测试设备，检查设备是否正常工作；
2. 设置低噪放声放大器的输入信号，调整信号幅度和频率；
设计案例三：基于集成电路的低噪放声放大器
性能优化与提升
目前低噪放声放大器的性能仍有提升空间，未来研究将致力于优化放大器的性能指标，如 提高增益、降低噪声等，以满足更广泛的应用需求。
智能化与自动化
随着人工智能和自动化技术的发展，未来低噪放声放大器的设计将更加智能化和自动化， 减少人工干预，提高设计效率。
通过本课程的学习，使学生掌握低噪 放声放大器的基本概念、原理、性能 指标等，了解各种低噪放声放大器的 拓扑结构和工作原理。
培养设计能力
提高综合素质
通过课程学习，培养学生的创新思维 、团队协作、沟通表达能力等综合素 质，为学生今后从事相关领域的工作 和研究打下坚实的基础。
通过实践环节和课程设计，培养学生 的低噪放声放大器设计能力，包括电 路设计、参数选择、电磁仿真等。
02
低噪放声放大器基础知识
放大器基本原理
放大器的基本功能是将微弱的输入信号放大成较强的输出信号，以驱动负载或传输 较远的距离。
放大器由输入级、中间级和输出级三部分组成，各部分电路设计需满足特定的性能 要求。
放大器的主要性能指标包括电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、通频带、失真度 等。
低噪放声放大器的特点
测试方法与步骤
• 测试方法：根据低噪放声放大器的性能指标，可以采用不同的 测试方法。常用的测试方法包括电压增益法、功率增益法、带 宽法等。根据实际情况选择合适的测试方法，确保测试结果的 准确性。
测试方法与步骤
测试步骤 1. 准备测试设备，检查设备是否正常工作；
2. 设置低噪放声放大器的输入信号，调整信号幅度和频率；
设计案例三：基于集成电路的低噪放声放大器
《低噪声放大器设计》课件
线性化和稳定化技巧
采用线性化和稳定化技术，提高放 大器的线性度和稳定性。
低噪声放大器设计的案例分析
我们将分享几个具体的低噪声放大器设计案例，包括设计过程、技术方案和 实际效果分析，帮助您更好地理解和应用低噪声放大器设计。
结语
低噪声放大器设计是通信系统中重要的一环，通过深入研究和应用设计原理 和技巧，我们可以提高系统的性能和可靠性。感谢您的聆听！
《低噪声放大器设计》 PPT课件
噪声放大器设计是通信系统中关键的组成部分，为了提高系统的性能和可靠 性，我们需要深入了解低噪声放大器的设计原理和应用。本课件将介绍低噪 声放大器的基本概念、设计技巧和应用案例。
什么是低噪声放大ห้องสมุดไป่ตู้？
低噪声放大器是一种具有较高信号放大增益且噪声水平较低的放大器。它主 要用于在信号链的前端进行信号放大，从而提升整个系统的信噪比和灵敏度。
低噪声放大器具有宽 频带特性，适用于不 同频段的信号处理。
低噪声放大器的常见应用
无线通信
低噪声放大器在接收机和发射机中广泛应 用，提高通信质量和覆盖范围。
医疗设备
低噪声放大器在医学检测和成像设备中起 到关键作用，提高信号质量和可靠性。
传感器系统
低噪声放大器用于信号采集和处理，提高 传感器系统的灵敏度和精度。
卫星通信
低噪声放大器用于卫星通信系统，提供可 靠的信号接收和转发功能。
如何设计低噪声放大器？
1
放大器电路的优化设计
2
利用合适的电路结构和元件参数，
优化放大器的性能和噪声系数。
3
调试和测试技巧
4
合理调试和测试放大器的工作状态， 确保其性能和可靠性。
前端设计
选择合适的前端元件和电路拓扑， 降低系统的噪声输入。
采用线性化和稳定化技术，提高放 大器的线性度和稳定性。
低噪声放大器设计的案例分析
我们将分享几个具体的低噪声放大器设计案例，包括设计过程、技术方案和 实际效果分析，帮助您更好地理解和应用低噪声放大器设计。
结语
低噪声放大器设计是通信系统中重要的一环，通过深入研究和应用设计原理 和技巧，我们可以提高系统的性能和可靠性。感谢您的聆听！
《低噪声放大器设计》 PPT课件
噪声放大器设计是通信系统中关键的组成部分，为了提高系统的性能和可靠 性，我们需要深入了解低噪声放大器的设计原理和应用。本课件将介绍低噪 声放大器的基本概念、设计技巧和应用案例。
什么是低噪声放大ห้องสมุดไป่ตู้？
低噪声放大器是一种具有较高信号放大增益且噪声水平较低的放大器。它主 要用于在信号链的前端进行信号放大，从而提升整个系统的信噪比和灵敏度。
低噪声放大器具有宽 频带特性，适用于不 同频段的信号处理。
低噪声放大器的常见应用
无线通信
低噪声放大器在接收机和发射机中广泛应 用，提高通信质量和覆盖范围。
医疗设备
低噪声放大器在医学检测和成像设备中起 到关键作用，提高信号质量和可靠性。
传感器系统
低噪声放大器用于信号采集和处理，提高 传感器系统的灵敏度和精度。
卫星通信
低噪声放大器用于卫星通信系统，提供可 靠的信号接收和转发功能。
如何设计低噪声放大器？
1
放大器电路的优化设计
2
利用合适的电路结构和元件参数，
优化放大器的性能和噪声系数。
3
调试和测试技巧
4
合理调试和测试放大器的工作状态， 确保其性能和可靠性。
前端设计
选择合适的前端元件和电路拓扑， 降低系统的噪声输入。
低噪声放大器(LNA)仿真与设计ADS.ppt
20.03.2019
三、低噪声放大器基础知识
（3）噪声系数 放大器的噪声系数是输入信号的信噪比与输出信 号的信噪比的比值，表示信号经过放大器后信号质量 的变坏程度。级联网络中，越靠前端的元件对整个噪 声系数的影响越大，在接收前端：必须做低噪声设计。 放大器的设计要远离不稳定区。噪声的好坏主要取决 于器件和电路设计。 （4）动态范围 放大器的线性工作范围。最小输入功率为接收灵 敏度，最大输入功率是引起1dB 压缩的功率。
与源阻抗无关，与负载阻抗有关 ; 资用功率增益：二端口网络输入资用功率与输出资用功率之比，源 端和负载端均共扼匹配，与源阻抗有关，与负载阻抗无关。它表示放 大器增益的最大潜力; 转换功率增益：负载吸收功率与二端口网络输入端的资用功率之比， 与两端阻抗都有关。
20.03.2019
三、低噪声放大器基础知识
20.03.2019
三、低噪声放大器基础知识
1.3 放大器常用元器件
1.两端负阻的二极管器件
变容二极管 ：参量放大
隧道二极管：隧道效应 耿氏二极管：转移电子 碰撞雪崩渡越时间二极管：雪崩渡越时间 特点：应用于放大器电路的早期器件，制造比较容易、便宜，
但是两端口器件实现增益的相关电路价格确比较昂贵，且稳定 性较差，调试工作困难。
20.03.2019
一、电路噪声的定义与分析
1.2 噪声的分类
内部噪声，在没有施加外部电流的情况下所能够观察到的噪声： 电阻的热噪声 额外噪声，只有施加外部电流的情况下才能够观察到的噪声： 1/f噪声 散粒噪声 外部噪声， 环境噪声 外部电子干扰噪声
20.03.2019
一、电路噪声的定义与分析
1.3 热噪声的定义
导体中的噪声功率表示为： P k T f k T B （1） n 其中K为波尔兹曼常数，T是绝对温度用K表示，
《低噪声放大器设计》课件
详细描述
低噪声放大器（LNA）是一种专门设计的电子器件，主要用于接收微弱信号并 进行放大。在无线通信、雷达、电子战等领域中，低噪声放大器被广泛应用于 提高信号的信噪比，从而提高接收系统的灵敏度和性能。
低噪声放大器的性能指标
总结词
低噪声放大器的性能指标主要包括增益、噪声系数、线性度等。
详细描述
增益是低噪声放大器的重要指标，表示放大器对输入信号的放大倍数。噪声系数是衡量低噪声放大器性能的重要 参数，表示信号在放大过程中引入的噪声量。线性度则表示放大器在放大信号时保持信号不失真的能力。
采取电磁屏蔽、滤波等措施， 减小外部噪声对放大器性能的 影响。
降低闪烁噪声
采用适当的偏置条件和频率补 偿，降低闪烁噪声的影响。
03
CATALOGUE
低噪声放大器的电路设计
晶体管的选择
总结词
晶体管的选择是低噪声放大器设计的关 键，需要考虑其噪声性能、增益、稳定 性等参数。
VS
详细描述
在选择晶体管时，需要考虑其噪声性能， 通常选用低噪声晶体管以减小放大器的噪 声。同时，需要考虑晶体管的增益，以保 证放大器能够提供足够的增益。此外，稳 定性也是需要考虑的一个重要参数，以确 保放大器在工作时不会发生振荡或失真。
匹配网络的设计
总结词
匹配网络的设计对于低噪声放大器的性能至 关重要，其主要作用是减小信号反射和减小 噪声。
详细描述
匹配网络是低噪声放大器中不可或缺的一部 分，其主要作用是减小信号反射和减小噪声 。设计时需要考虑阻抗匹配和噪声匹配，以 使信号尽可能少地反射回源端，同时减小放 大器的噪声。常用的匹配网络有LC匹配网络 、微带线匹配网络等。
《低噪声放大器设 计》ppt课件
目 录
低噪声放大器（LNA）是一种专门设计的电子器件，主要用于接收微弱信号并 进行放大。在无线通信、雷达、电子战等领域中，低噪声放大器被广泛应用于 提高信号的信噪比，从而提高接收系统的灵敏度和性能。
低噪声放大器的性能指标
总结词
低噪声放大器的性能指标主要包括增益、噪声系数、线性度等。
详细描述
增益是低噪声放大器的重要指标，表示放大器对输入信号的放大倍数。噪声系数是衡量低噪声放大器性能的重要 参数，表示信号在放大过程中引入的噪声量。线性度则表示放大器在放大信号时保持信号不失真的能力。
采取电磁屏蔽、滤波等措施， 减小外部噪声对放大器性能的 影响。
降低闪烁噪声
采用适当的偏置条件和频率补 偿，降低闪烁噪声的影响。
03
CATALOGUE
低噪声放大器的电路设计
晶体管的选择
总结词
晶体管的选择是低噪声放大器设计的关 键，需要考虑其噪声性能、增益、稳定 性等参数。
VS
详细描述
在选择晶体管时，需要考虑其噪声性能， 通常选用低噪声晶体管以减小放大器的噪 声。同时，需要考虑晶体管的增益，以保 证放大器能够提供足够的增益。此外，稳 定性也是需要考虑的一个重要参数，以确 保放大器在工作时不会发生振荡或失真。
匹配网络的设计
总结词
匹配网络的设计对于低噪声放大器的性能至 关重要，其主要作用是减小信号反射和减小 噪声。
详细描述
匹配网络是低噪声放大器中不可或缺的一部 分，其主要作用是减小信号反射和减小噪声 。设计时需要考虑阻抗匹配和噪声匹配，以 使信号尽可能少地反射回源端，同时减小放 大器的噪声。常用的匹配网络有LC匹配网络 、微带线匹配网络等。
《低噪声放大器设 计》ppt课件
目 录
ADS设计低噪声放大器的详细步骤课件
分析了低噪声放大器在未来 新兴领域中的应用前景，如 物联网、无人驾驶和智能家 居等。
系统集成与优化
讨论了未来低噪声放大器在 系统集成中的优化方法，包 括功耗、尺寸和可靠性等方 面的改进。
标准化与可靠性
探讨了未来低噪声放大器设 计的标准化和可靠性问题， 以提高产品的互操作性和稳 定性。
THANKS
感谢观括菜单栏、 工具栏、工作区和状 态栏等部分。
菜单栏
菜单栏包括文件、编 辑、视图、仿真、设 计等常用命令。
工具栏
工具栏提供了常用命 令的快捷方式，方便 用户快速操作。
工作区
工作区是用户进行电 路设计和仿真的主要 区域。
状态栏
状态栏显示当前操作 的状态和提示信息。
04
对信号的影响。
设计实例二：复杂低噪声放大器
总结词
自动增益控制
复杂低噪声放大器在简单低噪声放大器的 基础上增加了更多的功能和优化措施，以 适应更复杂的应用需求。
通过反馈控制电路，实现增益的自动调整 ，确保输出信号的稳定。
抑制谐波失真
多频段设计
通过使用负反馈技术，减小信号的谐波失 真，提高信号质量。
针对不同频段的应用需求，设计多频段低 噪声放大器，实现宽频带信号的放大。
确定功耗
根据应用场景和便携性要求， 设定低噪声放大器的功耗，以
确保设备的续航能力。
选择合适的器件
选择合适的晶体管
根据设计目标和工艺条件，选择合适 的晶体管类型和型号，以满足性能和 成本要求。
选择合适的电阻和电容
根据电路设计和性能要求，选择合适 的电阻和电容，以确保电路的稳定性 和性能。
建立电路模型
课程目标
1
了解低噪声放大器的基本概念、原理和应用。
系统集成与优化
讨论了未来低噪声放大器在 系统集成中的优化方法，包 括功耗、尺寸和可靠性等方 面的改进。
标准化与可靠性
探讨了未来低噪声放大器设 计的标准化和可靠性问题， 以提高产品的互操作性和稳 定性。
THANKS
感谢观括菜单栏、 工具栏、工作区和状 态栏等部分。
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工具栏
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工作区
工作区是用户进行电 路设计和仿真的主要 区域。
状态栏
状态栏显示当前操作 的状态和提示信息。
04
对信号的影响。
设计实例二：复杂低噪声放大器
总结词
自动增益控制
复杂低噪声放大器在简单低噪声放大器的 基础上增加了更多的功能和优化措施，以 适应更复杂的应用需求。
通过反馈控制电路，实现增益的自动调整 ，确保输出信号的稳定。
抑制谐波失真
多频段设计
通过使用负反馈技术，减小信号的谐波失 真，提高信号质量。
针对不同频段的应用需求，设计多频段低 噪声放大器，实现宽频带信号的放大。
确定功耗
根据应用场景和便携性要求， 设定低噪声放大器的功耗，以
确保设备的续航能力。
选择合适的器件
选择合适的晶体管
根据设计目标和工艺条件，选择合适 的晶体管类型和型号，以满足性能和 成本要求。
选择合适的电阻和电容
根据电路设计和性能要求，选择合适 的电阻和电容，以确保电路的稳定性 和性能。
建立电路模型
课程目标
1
了解低噪声放大器的基本概念、原理和应用。
低噪放声放大器设计教学课件
1 高输入阻抗
低噪声放大器具有高输入阻抗，能够最大限 度降低对信号源的负载影响。
2 高增益
低噪声放大器能够提供高增益，有效放大信 号并降低噪声。
3 宽带
低噪声放大器具有宽带性能，能够处理多种 频率范围内的信号。
4 低噪声
低噪声放大器通过优化电路设计和使用低噪 声元件，降低放大器的噪声水平。
低噪声放大器的应用
低噪声放大器的常用技术
原型技术
通过建立原型进行实验和测试，验证设计的有 效性。
数字技术
应用数字电路设计和信号处理算法，提高放大 器的灵活性和可调节性。
模拟技术
利用模拟电路设计方法，优化放大器的性能和 噪声特性。
射频电路板设计
考虑高频特性和电磁兼容性，设计满足射频要 求的电路板。
低噪声放大器的特点
设计案例分享
设计案例一
韦尔奇放大器设计：通过反馈控 制实现低噪声和高增益。
设计案例二
表面贴装低噪声放大器设计：采 用SMT技术实现紧凑布局。
设计案例三
射频前端放大器设计：应用于无 线通信系统中的接收机。
总结
1 设计过程回顾
低噪声放大器的设计流程包括电路预算、低噪声设计、放大器设计、稳定性分析和PCB设 计。
低噪声放大器的设计流程
1
电路预算
明确设计参数和要求，计算电路的主要参数和性能。
2
低噪声设计
选择合适的元件和电路拓扑，以降低放大器的噪声水平。
3
放大器设计
确定放大器的增益和带宽，优化电路以满足要求。
4
稳定性分析
分析和评估放大器的稳定性，确保在各种工作条件下都能正常工作。
5
PCB设计
进行放大器的电路板布局和布线设计，保证信号的良好传输和接地。
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选择Marker->New在圆稳定 圆上添加一个数据Marker。 按下方向键移动Marker，可 以看出圆稳定圆上对应阻抗 实部的最大值为 Z说0*只0要.02在4=晶1体.2管Oh输m入，端也串就联是 一个阻值大于1.2Ohm的电阻 就可以使晶体管处于绝对稳 定状态
4.2 晶体管稳定性设计(续)
4.2 晶体管稳定性设计(续)
原理图窗口左边工具栏中点击 和 ，分别添加源稳 定性圆和负载稳定性圆计算控件。并将控件中第二个 参数由51改为101
4.2 晶体管稳定性设计(续)
按下F7仿真后弹出数据显示 窗口，选择左边工具栏中 的 ，将源稳定圆和负载稳 定圆显示在Smith圆图中。双 击圆图，选择弹出对话框中 的Plot Option标签，取消 Auto Scale，在Max对话框中 填1。
设计实验3 低噪声放大器的设计
1. 实验目的
熟练掌握低噪声放大器(Low Noise Amplifier, LNA)的工作原理，基本指标；
熟练掌握低噪声放大器的设计方法； 学习如何使用ADS进行射频和微波有源电
路的仿真，设计和优化。
2. LNA设计的依据与步骤
依据： 1. 满足规定的技术指标
4.2 晶体管稳定性设计(续)
将s参数仿真控件改为单点仿真模式。双击原 理图中的控件S-PARAMETERS，在弹出窗口中 选择Frequency标签，在下拉列表框中选择 single point，Frequency为12GHz（下页左 图）；
选择Noise标签，勾上Calculate Noise选项，在 s参数仿真中包括噪声参数（下页中图）；
4.1 晶体管的选择（续）
点击 进入ADS自带的元件库， 在弹出窗口上方点击 ，进行 查找。 这里我们所需要的晶体管 为Agilent的ATF-36077，因此我 们只需输入关键字36077进行查
找点，击注Ap意ply查，找稍范后围会为显所示有查器找件结库。 果如右图。其中前缀为ph表示晶 体管大信号模型，使用时需要添 加一定的偏置电路；前缀为sp的 表示晶体管s参数模型，是在特 定偏置条件下，一定频段范围内 测试得到的晶体管s参数，可以 直接使用，但是不能用来进行直 流偏置仿真。一般sp模型用于电 路的初始设计，这种模型由于是 基于测试的结果，因此精度最好
4.1 晶体管的选择
打开ADS软件，点击Create A New Project创建新的工 程，名为MW_LNA，长度单位为mm
4.1 晶体管的选择（续）
点击OK后同时弹出一个原理图窗口，先保存设计。由 于我们将在这个原理图窗口中进行晶体管的基于s参数 的仿真设计，因此这里将其命名为FET_sp
4.2 晶体管稳定性设计
原理图窗口左上角下拉列表选择 在左侧工具栏中选择 ，在原理图中添加两 个term后连接电路如下图所示。
4.2 晶体管稳定性设计(续)
左侧工具栏中选择
和 ，分别在原理 图中放置一个s参数 仿真控件和一个环境 变量控制控件。并如 右图所示将OPTIONS 控件中的噪声仿真温 度Temp改为IEEE标 准温度16.850C
噪声系数（或噪声温度）；功率增益；增益平坦度；工作 频带；动态范围
2. 输入、输出为标准微带线，其特征阻抗均为50 完整设计步骤： 1. 确定放大器级数 2. 选择合适晶体管 3. 决定电路拓朴结构 4. 电路初步设计 5. 用CAD软件进行设计、优化、仿真模拟
3. LNA基本电路模块和设计原则
再选择Display标签，勾上Freq选项，将所仿真 的频率显示出来（下页右图）
4.2 晶体管稳定性设计(续)
4.2 晶体管稳定性设计(续)
修改好后的电路图如下图所示
4.2 晶体管稳定性设计(续)
选择 放置一个稳定系数计算控件，以自动计算晶体 管的Rollett因子。将控件名字由StabFact1改为K；
选择 在原理图中插入公式： Mag_delta=mag(S11*S22-S12*S21)
4.2 晶体管稳定性设计(续)
点击 或按下F7开始仿真 仿真结束后弹出数据显示窗口。点击左边工具栏中
的 ，采用数据列表的方式显示K,Mag_delta,以及晶 体管噪声参数Rn,Sopt,和NFmin如下图所示。结果 Mag_delta<1,K<1,说明晶体管是潜在稳定的，因此有 必要进行稳定性设计
P3
P1
P2
Z0
输入
a1
a2
微波
输出
匹配
b1 器 件 b2
匹配
电路
[S]
电路
P4 Z0
Zs Zin Γ sΓ 1
Zout ZL Γ 2Γ L
输入匹配优先满足低噪声要求，即根据输入等增益圆、等噪声圆，选 取合适的s ，作为输入匹配电路设计依据；
输出匹配电路设计以提高放大器增益为主，即选取合适的L = 2*作为 输出匹配电路设计依据，其中1，2 的表达式详见教材相应章节；
4.1 晶体管的选择（续）
这里先选择s参数模型的场效应晶体管sp_hp_ATF36077_19940627进行初始设计；
从下图可以看出，该晶体管的偏置情况为Vds=1.5V， Id=10mA。模型适用频率范围为0.5~18.0GHz，如果 所设计的电路的工作频率不在这个范围内，就需要考 虑换其它型号的晶体管。
满足稳定性条件，且结构工艺上易实现。
4. 用ADS进行LNA的设计来自本节主要讲述以下几个方面的内容： 1. 如何选择合适的晶体管； 2. 如何用ADS进行晶体管的稳定性设计； 3. 如何用ADS画出晶体管的等增益圆和等噪声系数圆； 4. 如何用ADS进行LNA输入输出匹配电路设计； 5. 如何用ADS进行LNA电路整体性能的仿真。 将设计的LNA指标为： 1. 工作频率f=12GHz； 2. 输出VSWR=1.5带宽800MHz以上； 3. 输出噪声系数nf(2)<1dB，功率增益>12dB；
修改原理图，在晶体管栅极添加一个1.5Ohm 的电阻。修改S参数仿真控件为Linear仿真模式， 频率范围为11.5~12.5GHz，步距0.01GHz。
4.2 晶体管稳定性设计(续)
仿真过后，在数据窗口中选择 以曲线方式显 示K，Mag_delta，以及NFmin。可以看出在输 入端串联电阻后，晶体管在工作频率附近都处 于绝对稳定状态。同时噪声性能也有所下降。
4.2 晶体管稳定性设计(续)
4.2 晶体管稳定性设计(续)
原理图窗口左边工具栏中点击 和 ，分别添加源稳 定性圆和负载稳定性圆计算控件。并将控件中第二个 参数由51改为101
4.2 晶体管稳定性设计(续)
按下F7仿真后弹出数据显示 窗口，选择左边工具栏中 的 ，将源稳定圆和负载稳 定圆显示在Smith圆图中。双 击圆图，选择弹出对话框中 的Plot Option标签，取消 Auto Scale，在Max对话框中 填1。
设计实验3 低噪声放大器的设计
1. 实验目的
熟练掌握低噪声放大器(Low Noise Amplifier, LNA)的工作原理，基本指标；
熟练掌握低噪声放大器的设计方法； 学习如何使用ADS进行射频和微波有源电
路的仿真，设计和优化。
2. LNA设计的依据与步骤
依据： 1. 满足规定的技术指标
4.2 晶体管稳定性设计(续)
将s参数仿真控件改为单点仿真模式。双击原 理图中的控件S-PARAMETERS，在弹出窗口中 选择Frequency标签，在下拉列表框中选择 single point，Frequency为12GHz（下页左 图）；
选择Noise标签，勾上Calculate Noise选项，在 s参数仿真中包括噪声参数（下页中图）；
4.1 晶体管的选择（续）
点击 进入ADS自带的元件库， 在弹出窗口上方点击 ，进行 查找。 这里我们所需要的晶体管 为Agilent的ATF-36077，因此我 们只需输入关键字36077进行查
找点，击注Ap意ply查，找稍范后围会为显所示有查器找件结库。 果如右图。其中前缀为ph表示晶 体管大信号模型，使用时需要添 加一定的偏置电路；前缀为sp的 表示晶体管s参数模型，是在特 定偏置条件下，一定频段范围内 测试得到的晶体管s参数，可以 直接使用，但是不能用来进行直 流偏置仿真。一般sp模型用于电 路的初始设计，这种模型由于是 基于测试的结果，因此精度最好
4.1 晶体管的选择
打开ADS软件，点击Create A New Project创建新的工 程，名为MW_LNA，长度单位为mm
4.1 晶体管的选择（续）
点击OK后同时弹出一个原理图窗口，先保存设计。由 于我们将在这个原理图窗口中进行晶体管的基于s参数 的仿真设计，因此这里将其命名为FET_sp
4.2 晶体管稳定性设计
原理图窗口左上角下拉列表选择 在左侧工具栏中选择 ，在原理图中添加两 个term后连接电路如下图所示。
4.2 晶体管稳定性设计(续)
左侧工具栏中选择
和 ，分别在原理 图中放置一个s参数 仿真控件和一个环境 变量控制控件。并如 右图所示将OPTIONS 控件中的噪声仿真温 度Temp改为IEEE标 准温度16.850C
噪声系数（或噪声温度）；功率增益；增益平坦度；工作 频带；动态范围
2. 输入、输出为标准微带线，其特征阻抗均为50 完整设计步骤： 1. 确定放大器级数 2. 选择合适晶体管 3. 决定电路拓朴结构 4. 电路初步设计 5. 用CAD软件进行设计、优化、仿真模拟
3. LNA基本电路模块和设计原则
再选择Display标签，勾上Freq选项，将所仿真 的频率显示出来（下页右图）
4.2 晶体管稳定性设计(续)
4.2 晶体管稳定性设计(续)
修改好后的电路图如下图所示
4.2 晶体管稳定性设计(续)
选择 放置一个稳定系数计算控件，以自动计算晶体 管的Rollett因子。将控件名字由StabFact1改为K；
选择 在原理图中插入公式： Mag_delta=mag(S11*S22-S12*S21)
4.2 晶体管稳定性设计(续)
点击 或按下F7开始仿真 仿真结束后弹出数据显示窗口。点击左边工具栏中
的 ，采用数据列表的方式显示K,Mag_delta,以及晶 体管噪声参数Rn,Sopt,和NFmin如下图所示。结果 Mag_delta<1,K<1,说明晶体管是潜在稳定的，因此有 必要进行稳定性设计
P3
P1
P2
Z0
输入
a1
a2
微波
输出
匹配
b1 器 件 b2
匹配
电路
[S]
电路
P4 Z0
Zs Zin Γ sΓ 1
Zout ZL Γ 2Γ L
输入匹配优先满足低噪声要求，即根据输入等增益圆、等噪声圆，选 取合适的s ，作为输入匹配电路设计依据；
输出匹配电路设计以提高放大器增益为主，即选取合适的L = 2*作为 输出匹配电路设计依据，其中1，2 的表达式详见教材相应章节；
4.1 晶体管的选择（续）
这里先选择s参数模型的场效应晶体管sp_hp_ATF36077_19940627进行初始设计；
从下图可以看出，该晶体管的偏置情况为Vds=1.5V， Id=10mA。模型适用频率范围为0.5~18.0GHz，如果 所设计的电路的工作频率不在这个范围内，就需要考 虑换其它型号的晶体管。
满足稳定性条件，且结构工艺上易实现。
4. 用ADS进行LNA的设计来自本节主要讲述以下几个方面的内容： 1. 如何选择合适的晶体管； 2. 如何用ADS进行晶体管的稳定性设计； 3. 如何用ADS画出晶体管的等增益圆和等噪声系数圆； 4. 如何用ADS进行LNA输入输出匹配电路设计； 5. 如何用ADS进行LNA电路整体性能的仿真。 将设计的LNA指标为： 1. 工作频率f=12GHz； 2. 输出VSWR=1.5带宽800MHz以上； 3. 输出噪声系数nf(2)<1dB，功率增益>12dB；
修改原理图，在晶体管栅极添加一个1.5Ohm 的电阻。修改S参数仿真控件为Linear仿真模式， 频率范围为11.5~12.5GHz，步距0.01GHz。
4.2 晶体管稳定性设计(续)
仿真过后，在数据窗口中选择 以曲线方式显 示K，Mag_delta，以及NFmin。可以看出在输 入端串联电阻后，晶体管在工作频率附近都处 于绝对稳定状态。同时噪声性能也有所下降。