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ADS系列 – 低噪声放大器(LNA)模型下载安装及 LNA仿真设计

作为接收系统的第一个电路单元,其性能直接影响到整个接收器的性能。低噪声放大器的功能是放大信号,以减少后续模块产生的噪声对信号的影响。该系统的噪声计算公式如下:

从上面可以看出,整个系统的噪声主要由一级噪声决定,因此作为一级噪声LNA,其性能非常重要。

从低噪声放大器的字面意思可以看出,低噪声放大器不仅需要低噪声,还需要大的收益,因为接收器从天线接收的信号一般都很弱GMS至少只有-100dBm,因此,低噪声放大器不仅要有最小的噪声性能,还要有很大的增益。事实上,这两难同时满足,所以设计师在设计过程中需要妥协考虑最低噪声系数和最大增益。

许多教程提供的模型下载地址不能使用,例如,在一些信息中Avago模型,但现在很难下载。本文将根据最新信息给英飞凌公司LNA下载地址。

英飞凌关于LNA提供集成库:http://www.infineon.com/32lib

进入后,可以直接下载模拟类型LNA图书馆。图书馆文件包括目前英飞凌的所有文件LNA设备。可直接安装一次ADS中。

2.1

(1)下载最新版本LNA到本地。

(2)打开ADS(本文使用ADS版本为2016版),如下图所示,点击 DesignKits >Unzip Design Kit... .,将下载的库文件解压到ADS库目录库目录下(目录可以自己设置)ADS在安装目录下单独设置文件夹,方便自己搜索。

(2)加压后需要安装。DesignKits>Manage Libraries…>Add Design Kit from Favorites… ,勾选Infineon_LNA..这个。

到此,英飞凌的一切LNA安装库文件后,可直接用于原理图。

(3)可以看到,按应用程序排序的组件库已经成功添加到调色板菜单中的示意图窗口。选择需要模拟的组件调色板,并将其拖到示意图中进行模拟。

不同LNA模型中的设备参数不同。相关设备参数可根据LNA该模型在官方网站上下载数据手册。详细介绍LNA设备信息。

根据设备手册可以详细了解LNA器件的参数,从而可以根据需要进行仿真建模。

如下图,比如打开 Infineon_WLAN里面的BGA622设备,可以看到设备的详细射频参数,频率0.5GHz-6GHz,电压电流参数,增益,NF、IP1、IIP以及包装信息。

其中:File="BGA622L7_2p75V_OnMode.s2p"是该器件的S2P有该装置的文件S11/S12等端口的S参数。

nbsp;     本文对LNA的研究主要基于BGA622L7器件。

         BGA622L7 是一款基于英飞凌科技的硅锗技术 B7HF 的宽带低噪声放大器。输出引脚同时用于 RF 输出和开启/关断开关。在 Out 引脚上使用 RF 扼流圈可以使用此功能,其中 0 V 或开路的直流电平开启设备,VCC 的直流电平关闭设备,它提供了一个 26 dB 的插入损耗以及 GPS 频率下高达 24 dBm 的高 IIP3。

                                      

 

•增益:高/低增益模式下为 17 / -8 dB

•噪声系数:高低增益模式下为 1.1 dB

•电源电流:高/低增益模式下为 3.6 / 0.5 mA

•待机模式(通常 < 2 μA)

•输出内部与 50 Ω 匹配

•输入预匹配达 50 Ω

•2 kV HBM 静电放电 (ESD) protection

•外部元件数量少

•小型无铅 TSNP-7-1 / TSNP-7-2 封装 (2.0 x 1.3 x 0.39 mm)

•无铅,符合 (RoHS )封装

•用于 GSM、GPS、DCS、PCS、UMTS、蓝牙、ISM 和 WLAN 的 LNA

 

    对于LNA的设计来说,第一步是对低噪放芯片进行直流仿真分析,确定芯片的静态工作点。然后需要设计偏执电路。

    但是英飞凌的这些LNA器件中并没有给出栅极、漏级端口。直接VCC/GND就可以。因此,并不需要仿真直流特性以及设计偏执电路。但是有些厂家的元器件还是会有,因此,对于直流仿真步骤,下文给出,但是不做详细描述。

在ADS的主界面上新建原理图。有两种方法可以新建原理图:

① 在主菜单工具栏中执行命令【File】→【New】→【Schematic】;

② 在工具栏中使用快捷按钮“New Schematic Window”。

 

(2)在新建的DC test原理图中调出直流仿真控件:【Insert】→【Templates】→【ads templates:DC_FET_T】,如下图所示。调出的直流仿真,图中VGS表示栅极偏置电压,VDS表示漏极偏置电压,

 

“VGS_start”、“VGS_stop”表示栅极偏置电压的扫描起始值,“VGS_points”表示扫描点的个数。同理,“VDS_start”、“VDS_stop”、“VDS_points”分别表示漏极偏置电压扫描的起始值和扫描点的个数。

                                             

 

    由于模型给的只有两个端口,默认的电压等参数不需要设置,直流偏执电路也不需要设置,因此,可以直接对芯片的S参数进行仿真。

(1)建立原理图。利用快捷键建立原理图,设置原理图名称为“SP”,然后确定,方法与建立直流原理图一样。

建立好原理图之后,有两种方法建立S参数仿真原理图:

① 调用系统自带的S参数仿真控件:【Insert】→【Templates】→【ads_templates:SP_FET_T】,如图4-26所示。

② 手动调出各个元件:在工具栏左上角的下拉菜单中选择“Simulation-S_Param”,如图4-27所示。在“Simulation-S_Param”

                                      

 

 

(2)双击“S_Param”控件,设置S参数仿真参数,如图4-33所示。在“Frequency”选项卡中,“Sweep Type”选择线性“linear”,“Start”、“Stop”、“Step—size”分别表示扫描频率的起始点和扫描步进,在本设计中选择起始频率为100MHz,截止频率为6.5GHz,扫描步进为 10MHz,这里步进一般设置得多一点。在“Noise”选项卡中,勾选“Calculate noise”,加入噪声分析。其他选择默认的设置。

                                              

 

    S参数是在传输线两端有终端的条件下定义出来的,一般Z0=50ohm。所以,当Reference Impedance of Port的定义不同时,S参数值也不相同,即S参数是基于一指定的Port Z0条件下所得到的结果。

 

S11:端口2匹配时,端口1的反射系数;

S22:端口1匹配时,端口2的反射系数;

S12:端口1匹配时,端口2到端口1的反向传输系数;

S21:端口2匹配时,端口1到端口2的正向传输系数;

 

    英飞凌给的LNA模型很简单,主要是里面的S2P文件,差不多就是把S2P文件做了一次封装,直流电路等都不用考虑,在产品设计时候,能够简化设计,直接按照规格供电就可以。当然,作为学习LNA而言,其实这个模型有点简单,如稳定性分析、偏执电路设计、噪声等等都不能仿真。

 

(1)一位自媒体极客,面向射频、微波、天线、无线通信、智能硬件、软件编程、渗透安全、人工智能、区块链,Java、Android、C/C++、python等方向的综合能力培养提升。

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标签: ads7825p集成电路

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